Springen naar inhoud

[na2] Een fotomultiplicatorbuis


  • Log in om te kunnen reageren

#1

jack87

    jack87


  • >100 berichten
  • 147 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 02 januari 2006 - 16:08

Ik zit gelijk vast met deze opgave. Het is 1 opgave met 8 vragen uit natuurkunde 2 selectie (zie onder). Maar ik kom al meteen niet uit bij vraag 1 en waarschijnlijk de andere ook niet. Wie kan me de 1e 2 vragen op weg helpen?

N.B.: ik heb ook een *.doc bestand met de gehele opgave voor diegene die dat handiger vindt om mij zo te helpen.

------------------------------------------------------------------------------

Fotomultiplicatorbuizen kunnen worden gebruikt om zeer kleine lichtintensiteiten te meten. Een bepaald type fotomultiplicator is schematisch afgebeeld hieronder:
Geplaatste afbeelding

De figuur toont een glazen omhulsel met daarin een fotokathode K, een aantal elektroden D en een anode A. De buis is vacuŁm gepompt. Aan de kant waar de straling invalt, is tegen de binnenzijde van de buis een dun laagje cesium (Cs) aangebracht dat als fotokathode fungeert.
Het glazen omhulsel is van een ondoorzichtige laag voorzien, behalve op de plaats waar de fotokathode zich bevindt. Het glas absorbeert ultraviolette straling.
De straling is afkomstig van een bron, waarin heliumatomen voortdurend in een bepaalde aangeslagen toestand worden gebracht. De golflengtes van de uitgezonden straling zijn aangegeven in het energieniveau-schema hieronder. De constante van Planck (h) heeft de waarde 6,63.10^-34 Js.
Geplaatste afbeelding

1) Leg uit dat van de opvallende straling alleen die met een golflengte van 396 nm elektronen uit de fotokathode zal vrijmaken.

2) Bereken de maximale kinetische energie van de vrijgemaakte elektronen.

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

iris

    iris


  • >100 berichten
  • 156 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 02 januari 2006 - 18:49

1. omdat de grensgolflengte voor Cs iets van 639 was (dacht ik). En de golflengten die daaronder zitten zijn 396 en 52 labda. 52 labda is niet zichtbaar, dus blijft 396 labda over.

2. De kinetische energie van het elektron dat erop valt is gelijk aan de fotonenergie min de uittree energie. Want de totale energie die een foton bevat is de fotonenergie en wat hij kwijt raakt terwijl hij weer weggaat uit het Cs, is de uittree energie. dus:
Ekin=Ef-Eu=(hc/labda)-Eu=1240/396 - (binas 24 dacht ik, de uittree-energie van Cs opzoeken)
huh?

#3

jack87

    jack87


  • >100 berichten
  • 147 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 04 januari 2006 - 17:22

1. omdat de grensgolflengte voor Cs iets van 639 was (dacht ik). En de golflengten die daaronder zitten zijn 396 en 52 labda. 52 labda is niet zichtbaar, dus blijft 396 labda over.

Hoe kom je aan 52 labda? En je bedoelt aan het eind 396 nm toch?

2. De kinetische energie van het elektron dat erop valt is gelijk aan de fotonenergie min de uittree energie. Want de totale energie die een foton bevat is de fotonenergie en wat hij kwijt raakt terwijl hij weer weggaat uit het Cs, is de uittree energie. dus:
Ekin=Ef-Eu=(hc/labda)-Eu=1240/396 - (binas 24 dacht ik, de uittree-energie van Cs opzoeken)

Oef... snap het niet... kan je het duidelijker uitleggen :roll:

#4

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 46339 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 04 januari 2006 - 18:56

labda, lambda ofwel :roll: is het symbool voor de grootheid golflengte, voor licht meestal uitgedrukt in nanometers ofwel nm. Iris' terminologie is hier een beetje slordig.

voor vraag 2: er komt een hoeveelheid energie binnen via fotonen uitgezonden door het heliumgas. Alleen fotonen met een golflengte kleiner dan de grensgolflengte van cesium kunnen cesium aanzetten tot het weer uitzenden van fotonen. Die grensgolflengte is inderdaad 639 nm. Daarvoor komen dus in aanmerking de fotonen met :P = 52, 58 en 396 nm uit je schemaatje, alle andere mogelijke golflengtes zijn groter dan die grensgolflengte van cesium. Echter, er zit een glasplaat voor je multiplicator die UV licht absorbeert, en die filtert dus de golflengtes 52 en 58 nm er bij voorbaat uit. Dus alleen die 396 nm fotonen kunnen nog wat nuttigs doen. Die hebben een energie groot h.c/ :P dus volgens Iris 1240/396 (en daar moet nog wel een 10minzoveelsteachter vermoed ik). Dan kun je in Binas de uittree-energie voor cesium opzoeken. Die trek je af van de energie die binnenkwam, en wat er over is wordt kinetische energie van de uittredende elektronen.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#5

jack87

    jack87


  • >100 berichten
  • 147 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 07 januari 2006 - 23:40

Bedankt.. heeft geholpen.

Nog 2 vragen waar ik niet totaal uit kom, het zijn vervolgvragen op 1 en 2. En die waren al lastig :roll:

--------------------------------------------------------------
Tekst voor vraag 3:
Van de straling met een golflengte van 396 nm die op het glas met de fotokathode valt, maakt slechts 5,0% van de fotonen een elektron uit het cesiumlaagje vrij. Tussen K en D1 wordt een gelijkspanning van 100 V aangelegd. Hierdoor gaan alle vrijgemaakte elektronen naar D1. De stroomsterkte tussen K en D1 bedraagt 3,5.10-11 A.

3) Bereken hoeveel fotonen van de straling met een golflengte van 396 nm er per seconde op het glas met de fotokathode vallen.

Tekst voor vraag 4:
De uit de fotokathode afkomstige elektronen treffen elektrode D1. Door botsingsernissie worden daaruit elektronen vrijgemaakt. Deze worden ten gevolge van een tussen D1 en D2 aangelegde gelijkspanning van 100 V weer versneld naar de volgende elektrode D2.
Gemiddeld gaan 5,0 maal zoveel elektronen van D1 naar D2 als er op D1 vallen. Ook tussen de volgende elektroden D2, D3, ......, D10 en A is steeds een gelijkspanning van 100 V aangelegd. Daardoor kunnen op dezelfde wijze de op elektrode Dn vallende elektronen ervoor zorgen dat 5,0 maal zoveel elektronen de volgende elektrode bereiken.

4) Bereken de stroomsterkte tussen D10 en de anode A.

#6

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 46339 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 08 januari 2006 - 00:38

3) Ampere is een maat voor de hoeveelheid lading die per seconde door een gegeven doorsnee-oppervlak passeert. Je kent de lading van een elektron, dus weet je hoeveel elektronen er per seconde van K naar D1 gaan. Om die X elektronen vrij te maken waren kennelijk 20.X fotonen nodig (100% / 5%).

4) echt een heel erg simpel rekensommetje, heeft niets meer met fysica te maken. Als je goed leest wat ze zeggen, is het zo simpel is dat het niet anders kan of je zit je blind te staren op problemen die er niet zijn. Volgens mij laat je je overbluffen door een paar termen waar je niet goed raad mee weet, en waardoor je niet ziet welke gegevens je aangereikt krijgt. Je zit veel te moeilijk te denken. Niet bang zijn van Natuurkunde, het is meestal simpeler dan het lijkt. :roll:
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#7

jack87

    jack87


  • >100 berichten
  • 147 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 08 januari 2006 - 15:14

Even terugkomend op vraag 2:

Kan iemand voor me narekenen of mijn berekening klopt voor de maximale Ekin van vrijgemaakte elektronen:
Ek,max = Efoton - Wu

licht Efoton = (6,626.10-34 x 2,998.108) / 396.10-9 = 5,02.10-19 J => 5,02.10-19 J / 1,602.10-19 J = 3,13 eV
kathodemetaal Wu = 1,94 eV

Ek,max = Efoton - Wu =>
Ek,max = 3,13 eV - 1,94 eV = 1,19 eV

#8

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 46339 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 08 januari 2006 - 15:24

ik kan er ook niks anders van maken. :roll:
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#9

jack87

    jack87


  • >100 berichten
  • 147 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 09 januari 2006 - 15:35

Nog even terugkomend op vraag 1.
Hoe bekijk je dat energieniveau-schema en antwoord gevend op vraag 1. Ik weet dat het de golflengte kleiner moet zijn dan die van CS (639 nm), maar waarom wordt 52 nm en 58 nm uitgefilterd dat alleen 396 nm overblijft?

#10

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 46339 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 09 januari 2006 - 16:01

UIt je opdracht:

Het glazen omhulsel is van een ondoorzichtige laag voorzien, behalve op de plaats waar de fotokathode zich bevindt. Het glas absorbeert ultraviolette straling.


zie binas tabel 19a en 19 b voor de golflengten van UV-licht
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#11

jack87

    jack87


  • >100 berichten
  • 147 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 09 januari 2006 - 16:20

UIt je opdracht:

Het glazen omhulsel is van een ondoorzichtige laag voorzien, behalve op de plaats waar de fotokathode zich bevindt. Het glas absorbeert ultraviolette straling.


zie binas tabel 19a en 19 b voor de golflengten van UV-licht

Oh.. en de reden waarom 52 en 85 nm weggelaten wordt is omdat deze golflengtes kleiner is dan van violet en die worden gefilterd. Klopt dat ongeveer mijn beredenering? Of is het dat alles wat onder de 400 nm is door dat glas geabsorbeerd?

#12

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 46339 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 09 januari 2006 - 16:25

Volgens mijn Binas 19A begint zichtbaar violet bij 380 nm. Volgens 19B wordt 320-390 nm nog UV-A genoemd.

392 is dus weliswaar op het randje, maar in ieder geval voor je opgave is het volgens BINAS hoe dan ook geen ultraviolet meer. Dus op die 400 nm na klopt je beredenering.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#13

jack87

    jack87


  • >100 berichten
  • 147 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 09 januari 2006 - 21:07

Hmm.. ik had de waarde die links van het woord violet lag genomen. Maar je moet zeker kijken wat onder het woord violet staat. Moet ik 58 nm opnemen in mijn antwoord? Want 58 nm wordt uitgezonden tussen 668 en 728 nm voglens dat schema.. of kijk ik verkeerd?

#14

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 46339 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 09 januari 2006 - 21:35

Rond een atoomkern vliegen elektronen rond. Afhankelij van de baan waarin ze zich bevinden hebben ze een toestand van meer of minder energie. Verandert een elektron van baan, dan komt hier bijvoorbeeld energie bij vrij. Gaat hij daarna terug naar de baan waar hij vandaan kwam, dan kost dit weer net zoveel energie.

Dit schemaatje mag je dus niet van links naar rechts lezen.
De horizontale lijnen geven de mogelijke energietoestanden aan waarin een elektron zich kan bevinden rond zo'n heliumkern.
Elk pijltje geeft aan welk foton zal vrijkomen indien een elektron van een niveau naar een ander niveau "valt". (of andersom hoeveel energie het kost om het elektron weer terug te "tillen".

Een beetje vergelijkbaar met de ernst van de blauwe plekken die jij oploopt als je in een twee-etagehuis van de trap valt, van zolder naar trede 3 (1031) of van zolder naar trede 4 (906) of van boven naar de tussenoverloop (392) 0f van boven helemaal de trap af lazert naar de voordeur. (52). Nota bene, hoe kleiner de golflengte van licht, hoe hoger de frequentie, en hoe hoger de frequentie, hoe meer energie een bepaald foton bevat. Dus het elektron dat het het foton met labda=52 nm heeft veroorzaakt is het verst van de trap gelazerd. UV licht bevat dan ook veel energie en is daarom niet ongevaarlijk..
De andere getallen geven de andere golflengten die vrij kunnen komen bij de andere sprongen die een elektron in een Helium-atoom kan maken.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#15

jack87

    jack87


  • >100 berichten
  • 147 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 09 januari 2006 - 21:51

Ik heb je verhaal wel begrepen, dus het is noodzakelijk om 58 nm te noemen bij mijn antwoord op vraag 1?

Overigens voor vraag 3.
Ik snap er nog niet veel van, maar ik heb het tot zover uitgerekend:
Energie per foton (Ef): (h.c) / labda = (6,63.10-34 x 2,998.108) / 396.10-9 = 5,02.10-19 J
Aantal Watt: P=U.I => 100 V x 3,5.10-11 A = 3,5.10-9 W

Foton per seconde: W/Ef => 3,5.10-9 W / 5,02.10-19 J = 6,97.109 fotonen per seconde

Klopt dit ongeveer, qua berekening en significatie?
Maar nu weet ik niet hoe ik verder moet [wortel] Moet ik dan 20 x 6,97.109 doen of juist 6,97.109 / 20?





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures