Hoofdstuk 9 D

Nova Natuurkunde 5 vwo | gymnasium
Hoofdstuk 9 Diagnostische toets
Diagnostische toets
9
1
Elektromagnetische straling en materie
Niet alle radiogolven dringen even gemakkelijk door in de atmosfeer. In figuur 1 zie je
hoeveel decibel een radiosignaal per kilometer zwakker wordt, voor verschillende frequenties.
De eenheid decibel is een schaal voor de intensiteit van de straling. Deze schaal wordt
bijvoorbeeld ook voor geluid gebruikt.
figuur 1
afzwakking van radiogolven door:
1: zware regen; 2: mist/wolken; 3: lichte regen; 4: H2O en O2
a
Worden radiogolven met een kortere of juist langere golflengte beter doorgelaten door
lichte regen?
b
Welk frequentiegebied is geschikt voor een weerradar?
c
Welk frequentiegebied is geschikt voor een grondradar zoals op een vliegveld wordt
gebruikt?
Radiogolven worden ook gebruikt voor astronomische waarnemingen.
d
Voor welk soort radiogolven moeten telescopen liefst hoog en droog worden
gebouwd?
2
Cepheïden zijn sterren waarvan de lichtkracht heel regelmatig in de tijd varieert. Ze zijn
bijzonder, omdat de periode waarmee ze variëren direct verband houdt met hun gemiddelde
helderheid. Ze kunnen daardoor gebruikt worden als zogenoemde ‘standaardkaars’. Dit zijn
objecten waarvan de werkelijke lichtkracht bekend is waardoor met hun schijnbare helderheid
hun afstand bepaald kan worden.
a
Leg uit waarom je op basis van alleen de schijnbare helderheid van een ster niet kunt
bepalen hoe ver deze ster staat.
In figuur 2a zie je hoe de helderheid (uitgedrukt in visuele magnitude V) van de ster RZ Vel,
een bepaald type Cepheïde-variabele, in de tijd verandert. Figuur 2b geeft het verband tussen
de periode van dit type Cepheïde en zijn lichtkracht.
1
Nova Natuurkunde 5 vwo | gymnasium
Hoofdstuk 9 Diagnostische toets
figuur 2a
meetgegevens van de ster RZ Vel
figuur 2b
het verband tussen de periode van een Cepheïde en zijn intrinsieke lichtkracht
b
Bepaal met behulp van figuur 2a en 2b het gemiddelde stralingsvermogen (lichtkracht)
van de ster, uitgedrukt in de lichtkracht L van de zon.
c
Welk gegeven ontbreekt om op basis van de (gemiddelde) lichtkracht de temperatuur
van de ster te berekenen?
Uit de meetgegevens van figuur 2a blijkt dat RZ Vel op een afstand van 9,3∙1016 m van de
aarde staat.
d
Bereken de intensiteit van deze ster zoals waargenomen op aarde.
2
Nova Natuurkunde 5 vwo | gymnasium
3
Hoofdstuk 9 Diagnostische toets
Eind 2013 is ontdekt dat Fomalhaut geen dubbelster is – zoals men lang heeft gedacht – maar
een tripelster: Fomalhaut bestaat uit drie sterren (A, B en C) die om elkaar draaien.
a
Gebruik de informatie uit Binas om te bepalen of Fomalhaut A een hoofdreeksster is.
Leg uit hoe je tot je antwoord gekomen bent.
Fomalhaut A heeft een radiële snelheid van 6,50 km s–1 ten opzichte van de aarde.
b
Bereken met hoeveel nanometer en in welke richting de rode waterstoflijn in het
spectrum van Formalhaut A is verschoven.
De tangentiële snelheid is de snelheid waarmee een ster langs de hemel beweegt.
c
Leg uit waarom deze tangentiële snelheid niet met behulp van een roodverschuiving
bepaald kan worden.
Tabel 1 geeft enige informatie over het Fomalhaut-systeem. Gebruik deze gegevens voor het
beantwoorden van vraag 3e en 3f.
tabel 1
Fomalhaut A
Fomalhaut B
Fomalhaut C
d
e
f
4
T (103 K)
8,5
4,7
3,1
L (L)
16
0,19
0
afstand (1016 m)
23,7
23,5
23,4
Bepaal welke kleur Fomalhaut A heeft.
Druk de straal van Fomalhaut C uit in de straal R van de zon.
Beredeneer welk van deze drie sterren het langst op de hoofdreeks zal verblijven.
Straatlantaarns langs snelwegen zijn zogeheten lagedruknatriumlampen. De lampen bevatten
natrium dat verdampt tot een gas onder lage druk wanneer de lamp wordt ingeschakeld.
Elektronen worden in de buis versneld en botsen tegen natriumatomen.
a
Leg uit hoe het komt dat de natriumatomen licht gaan uitzenden na botsing met
elektronen.
Natriumlampen zenden alleen licht uit in het zichtbare gebied.
b
Zoek in Binas op hoe groot de golflengte van dit licht is.
Het vermogen van een bepaalde natriumlamp is gelijk aan 35 W.
c
Bereken hoeveel fotonen deze lamp per seconde uitzendt, als je ervan uitgaat dat alle
elektrische energie wordt omgezet in licht.
5
In digitale camera’s bevindt zich een lichtgevoelige chip. Fotonen in zichtbaar licht maken
elektronen vrij uit het materiaal van de chip.
a
Leg uit dat geen van de materialen genoemd in Binas geschikt is voor de chip in een
digitale camera.
Voor de chips in digitale camera’s worden halfgeleiders gebruikt van silicium. Het
energieniveauschema van silicium is schematisch weergegeven in figuur 3.
Er zijn twee banden met energieniveaus: de valentieband en de geleidingsband. Elk van deze
banden bestaat uit heel veel dicht bij elkaar gelegen energieniveaus. Tussen deze banden is een
gebied zonder energieniveaus: de band gap. Het silicium kan een stroom geleiden wanneer
een elektron van de valentieband in de geleidingsband terechtkomt.
3
Nova Natuurkunde 5 vwo | gymnasium
Hoofdstuk 9 Diagnostische toets
figuur 3
energieniveauschema van silicium
b
Bereken de minimale golflengte van de fotonen die elektronen uit de valentieband in
de geleidingsband kunnen brengen.
c
Leg met behulp van figuur 3 uit dat elk foton met een golflengte korter dan je bij
vraag 5b hebt berekend, in staat is om een elektron in de geleidingsband te krijgen.
De hoeveelheid lading die in een lichtgevoelige chip in de geleidingsband terechtkomt, is een
maat voor de intensiteit van het opvallende licht.
d
Leg met behulp van het foto-elektrisch effect uit hoe intenser licht kan zorgen voor
meer lading in de geleidingsband.
4

Download Report