Natuurkunde

Molecuul

Een molecuul bestaat uit twee of meer atomen die chemisch aan elkaar gebonden zijn.
Een chemische verbinding is een stof waarvan de moleculen bestaan uit atomen van verschillende elementen die chemisch aan elkaar gebonden zijn.

Voorbeeld:
O₂ (zuurstof) → een molecuul bestaande uit twee atomen zuurstof maar geen verbinding.
H₂O (water) → is een molecuul waterstof bestaande uit 2 atomen waterstof en een atoom zuurstof én een verbinding.

deuterium

Deuterium is een stabiele isotoop(variant) van waterstof en wordt aangeduid als D of ²H. Deuterium heeft een proton en een neutron in de kern en 1 elektron in de schil om de kern.
Waterstof aangeduid met H(Hydrogenium) heeft 1 proton in de kern maar in tegenstelling tot deuterium géén neutron in de kern en 1 elektron in de schil om de kern. Waterstof is daarom lichter dan deuterium.
2 Atomen deuterium met 1 atoom zuurstof(O) vormt het molecuul zwaar water (D2O=zwaarder dan normaal water).
2 Atomen waterstof met 1 atomen zuurstof(O) vormt het over de hele wereld in ruime mate voorkomende water.(H2O)
Deuterium zit in het op aarde voorkomende water in een verhouding van ongeveer 1 op de 6.400 gewone waterstofatomen. Deuterium is niet radioactief en vervalt niet spontaan.
In de verhouding D/H=1/6400 is deuterium stimulerend voor het leven op aarde. In een hogere verhouding D/H is deuterium toxisch voor het leven en zeker voor planten, mens en dier.

Thomas Young (1773–1829)

dubbelspleet experiment
Thomas Young stelde dat licht een golf is en onderworpen is aan het superpositieprincipe.
Zijn grote experimentele prestatie was het aantonen van de constructieve en destructieve interferentie van licht (ca. 1801).

In een moderne versie van Youngs experiment, verlicht een laser gelijkmatig twee parallelle spleten in een verder ondoorzichtig oppervlak. Het licht dat door de twee spleten stroomt, wordt waargenomen op een ver scherm. Wanneer de breedtes van de spleten aanzienlijk groter zijn dan de golflengte van het licht, gelden de regels van geometrische optica—het licht werpt twee schaduwen en er zijn twee verlichte gebieden op het scherm. Echter, naarmate de spleten smaller worden, vervormt het licht zich in de geometrische schaduw en overlappen de lichtgolven op het scherm. (Diffractie(buiging van licht) wordt zelf veroorzaakt door de golfnatuur van licht, wat een ander voorbeeld is van een interferentie-effect.

superpositie

Het superpositieprincipe van licht stelt dat wanneer twee of meer lichtgolven elkaar kruisen, ze onafhankelijk van elkaar door dezelfde ruimte reizen. De totale golf op elk punt is simpelweg de wiskundige optelling (som) van de afzonderlijke amplitudes van de golven op dat exacte moment.Dit principe verklaart het fenomeen interferentie:
- Constructieve interferentie: Golven 'tellen bij elkaar op' (dal ontmoet dal, berg ontmoet berg). Het licht wordt helderder.
-Destructieve interferentie: Golven heffen elkaar op (dal ontmoet berg). Het licht wordt zwakker of er ontstaat een donkere vlek.

De golftheorie van Christiaan Huygens(1629–1695)

In 1690 publiceerde de Nederlandse natuurkundige Christiaan Huygens(1629–1695) zijn Traité de la Lumière waarin hij stelde dat licht zich als een golf verplaatst door door een alles doordringend medium, de ether (een onzichtbare, uiterst elastische substantie), waarvan men destijds dacht dat die de gehele ruimte vulde.
Huygens was na gaan denken over de aard waarmee licht zich voortplant doordat hij veel met lenzen werkte en deze voor astronomische waarnemingen gebruikte. Tijdens zijn onderzoek stuitte hij op een bijzonder verschijnsel in IJslands kristal (calciet): een invallende lichtstraal splitste zich in twee afzonderlijke stralen, een verschijnsel dat bekendstaat als dubbele breking (dubbele refractie). De bestaande theorieën konden dit niet verklaren. Met behulp van een meetkundige beschrijving van zich voortplantende bolvormige golffronten liet Huygens zien hoe gewone lichtbreking kon worden verklaard en ontwikkelde hij bovendien een eerste theorie voor de dubbele breking in IJslands kristal.
Lichtbronnen brengen de ether in bolvormige beweging. Deze golven of trillingen, zijn vergelijkbaar met geluid door de lucht of de rimpels in een vijver. Daarbij is elk etherdeeltje dat door een lichtgolf wordt geraakt, een bron en gaat zélf werken als een nieuwe, minuscule bron van cirkelvormige hulpgolfjes (elementaire golven).Al deze kleine hulpgolfjes smelten samen. De buitenste 'raaklijn' van al die minigolfjes vormt het nieuwe, grote golffront.

Met zijn golftheorie kon Huygens twee basiseigenschappen van licht bewijzen:
• Hoek van inval = hoek van terugkaatsing : Als het golffront een spiegel raakt, kaatsen de opeenvolgende hulpgolfjes onder exact dezelfde hoek terug als waarin ze binnenkwamen.
• Breking (Refractie): Wanneer licht van lucht naar glas of water gaat, vertraagt de golf. Omdat de ene kant van het golffront het nieuwe materiaal eerder raakt dan de andere kant, buigt de hele lichtstraal om.

In zijn golftheorie was Huygens een van de eersten die de berekeningen van de Deense astronoom Ole Rømer steunde licht een onvoorstelbaar hoge, maar meetbare snelheid heeft.

Isaac Newton(1643-1727) betoogde in 1704 in zijn boek Opticks dat licht uit kleine deeltjes (corpuscula) bestond.

In 1801 gaf de de Engelse wetenschapper Thomas Young met een dubbelspleet-experiment steun voor de golftheorie van Huygens.

De de theorie van de kwantum mechanica stelt dat afhankelijk van de meting licht zich kan gedragen als een golf of als een deeltje.

Literatuur

Dijksterhuis, Fokko Jan, en Klaas Landsman. "Christiaan Huygens: Traité de la Lumière (Leiden, Pieter van der Aa, 1690)." In Boekenwijsheid: drie eeuwen kennis en cultuur in 30 bijzondere boeken, geredigeerd door Jan Bos en Erik Geleijns, 177–185. Zutphen: Walburg Pers, 2009
Huygens, Christiaan. 1897. Oeuvres complètes de Christiaan Huygens. Tome VII: Correspondance 1670-1675. Uitgegeven door de Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen. Den Haag: Martinus Nijhoff. dbnl.org.
Huygens, Christiaan. Traité de la Lumière Chez Pierre vander Aa, marchand libraire, A Leide, 1690.
Newton, Isaac. (1673) 2026. "Newton's Reply to Huygens's Objections, 3 July 1673." In The Newton Project, geredigeerd door Rob Iliffe en Scott Mandelbrote. Oxford / Cambridge: University of Oxford. ox.ac.uk.
Newton, Isaac. 1672. "A Letter of Mr. Isaac Newton... Containing His New Theory about Light and Colors." Philosophical Transactions of the Royal Society of London 7, nr. 80: 3075–3087. cam.ac.uk.