Inloggen

Nulpuntsenergie

Volgens het onzekerheidsprincipe van Heisenberg is de onzekerheid in plaats en impuls altijd groter dan een bepaalde waarde. Er blijft dus altijd een bepaalde onzekerheid over in zowel plaats als impuls. Wanneer een stof wordt afgekoeld tot het absolute nulpunt (-273,15 °C) zou volgens de klassieke theorie de kinetische energie van de moleculen nul worden en zou dus de onzekerheid in de impuls ook nul zijn. Dit kan volgens het onzekerheidsprincipe van Heisenberg niet: Er moet altijd een onzekerheid overblijvgen en de kinetische energie is dus nooit echt nul. Dit energierestand heet de nulpuntsenergie.


Voor het afspelen van de videoles 'Nulpuntsenergie' moet je ingelogd zijn
Nieuwsgierig? Kijk een demoles:
Voorvoegsels | Harmonische trilling | ElektronVolt

Voorkennis

Onzekerheidsprincipe van Heisenberg, absolute nulpunt, kinetische energie

Moet ik dit kennen?

De stof in videoles "Nulpuntsenergie" hoort bij:

HAVO:       geen examenstof
VWO: : Centraal examen 2020 (CE)

(In het oude examenprogramma: HAVO:geen examenstof VWO:geen examenstof)

Test jezelf - "Nulpuntsenergie"

Maak onderstaande meerkeuzevragen, klik op 'nakijken' en je weet meteen de uitslag. Als je één of meer vragen fout hebt moet je de videoles nog maar eens bekijken.
Vraag 1
Vraag 2
Vraag 3
Dat nulpuntsenergie niet 0 is komt door het principe van …

Nulpuntsenergie speelt alleen een rol bij een temperatuur van …

De nulpuntsenergie van een opgesloten deeltje is … naarmate de ruimte waarin het deeltje zit opgesloten zit kleiner is.

Einstein
Bohr
Heisenberg
0 0C
0 K
273,15 0C
groter
kleiner
maakt niks uit


Extra oefenmateriaal?

Oefenopgaven over het onderdeel quantumfysica vind je in:
FotonQuantumAtoomfysicaVWO.pdf

Vraag over videoles "Nulpuntsenergie"?


    Hou mijn naam verborgen

Eerder gestelde vragen | Nulpuntsenergie

Op zaterdag 9 nov 2019 om 19:38 is de volgende vraag gesteld
Beste erik,
Ten eerste wil ik u bedanken voor de handige videolessen en antwoorden die u geeft, dit heeft ervoor gezorgd dat ik vorig jaar met een 8,8 natuurkunde heb afgesloten. Nu heb ik een vraag over een opdracht in me boek:
'' In het model van een deeltje in een doosje is de potentiele energie buiten de put oneindig. In een realistischer model heeft die potentiele energie een eindige waarde V. Deze waarde hangt af van de gebruikte materialen. Peter doet de uitspraak: '' Zolang de energie van het elektron kleiner is dan V, blijft het elektron in het doosje zitten''.
Dan de vraag: Geef commentaar op de uitspraak van Peter. Ga daarbij in op het verschil tussen het klassieke model en het quantummodel.

Erik van Munster reageerde op zaterdag 9 nov 2019 om 19:51
Dank je wel voor je berichtje. Altijd fijn te horen dat de videolessen nut hebben.😊

Over je vraag: klassiek gezien zal het elektron altijd gevangen blijven in de put omdat de energie van het elektron te laag is om er uit te komen.

Maar volgens het quantummodel ligt het anders: dankzij het tunneleffect bestaat er een kleine kans dat het elektron tóch uit de put komt. Zelfs als de energie van het elektron lager is dan V.

De kans wordt wel kleiner naarmate het energieverschil tussen het elektron en V groter wordt. Als V oneindig wordt is (ook voor een quantumdeeltje) de kans op tunnelen nul geworden en blijft ook het quantumdeeltje gevangen.


Mylain van Schaik vroeg op dinsdag 2 apr 2019 om 14:53
In mijn natuurkundeboek staat: "De baan waarbij de omtrek precies gelijk is aan één debrogliegolflengte heeft de laagste energie: de Nulpuntsenergie."

Uit de video begreep ik dat de impuls nooit nul kan worden, ondanks de lage temperatuur. Maar wat bedoelt het boek dan met de debrogliegolflengte?

Erik van Munster reageerde op dinsdag 2 apr 2019 om 15:12
Een vrij deeltje (een deeltje dat niet opgesloten zit binnen bv een atoom) heeft een golffunctie met een constante golflengte. De brogliegolflengte is de golflengte hiervan en hangt af van de impuls (snelheid maal massa) van het deeltje.

Bij een niet-vrij deeltje (zoals een elektron in een atoom) is de golffunctie niet een golf met een constante golflengte. De golffunctie ziet er veel ingewikkelder uit en strekt zich niet, zoals bij een vrij deeltje, uit over de hele ruimte.

Een elektron in een atoom heeft dus niet een "Brogliegolflengte" zoals een vrij deeltje. Maar er is wel een minimale energie die het deeltje kan hebben binnen een atoom. Dit is de laagste energietoestand (grondtoestand). die de "nulpuntsenergie" genoemd wordt. Op basis van deze energie zou je een wel een bijbehorende Brogliegolflengte kunnen uitrekenen maar dit is niet hoe het atoom eruit ziet of hoe je je het moet voorstellen.

Erik van Munster reageerde op dinsdag 2 apr 2019 om 15:13
Is er een bepaalde opgave waar je mee vastloopt?

Mylain van Schaik reageerde op dinsdag 2 apr 2019 om 16:25
Nee, er is geen opgave waar ik tegenaan loop. Ik had slechts een samenvatting gemaakt over quantum en zag dat de informatie uit het boek niet overeen kwam met de video die ik van u aan het kijken was. Nu denk ik wel dat ik het snap, bedankt!


Op woensdag 27 mrt 2019 om 15:28 is de volgende vraag gesteld
Bij vraag die staat dit in het antwoord: 'De onzekerheid in impuls en dus snelheid moet dus groter zijn en dus ook de nulpuntsenergie.' Betekent dit dat de nulpuntsenergie voor elk deeltje dus anders is?
Alvast bedankt!

Erik van Munster reageerde op woensdag 27 mrt 2019 om 16:41
Ja, dat klopt. Bij een deeltje opgesloten in een put hangt het bv van de vorm en grootte van de put af hoe groot de nulpuntsenergie is. Hoef je niet uit te kunnen rekenen maar je moet wel van het bestaan en de betekenis van nulpuntsenergie weten.


Op maandag 5 mrt 2018 om 16:15 is de volgende vraag gesteld
Niet echt een vraag, maar er staat een foutje in de beschrijving van het filmpje: Er moet altijd een onzekerheid overblijvgen

Erik van Munster reageerde op maandag 5 mrt 2018 om 16:27
Dank voor je berichtje. Heb het net verbeterd...


Arend Offerman vroeg op maandag 28 aug 2017 om 10:58
In deze video wordt gesteld dat delta p * delta x > C

In de video over de onzekerheidsrelatie van Heisenberg wordt gesteld dat delta p * delta x = C

Welke formule is correct?

Erik van Munster reageerde op maandag 28 aug 2017 om 11:01
Komt op hetzelfde neer. Je kunt zeggen dat het theoretische minimum van delta x * delta p gelijk is aan C of schrijven

Delta x * Delta p >= C


Op donderdag 19 mei 2016 om 15:57 is de volgende vraag gesteld
Ik snap de uitleg vanaf 1.39 nog niet helemaal. Waarom wordt v=0 als Ek=0 (of gebeurt dit dan juist niet omdat deltaP niet gelijk kan zijn aan 0). Ik snap het verband tussen Ek en p niet. En waar is deltaX afhankelijk van?

Erik van Munster reageerde op donderdag 19 mei 2016 om 16:10
Normaal gesproken, als er geen quantum effecten zouden zijn en als deeltjes zich als echte deeltjes zouden gedragen zou een kinetische energie gelijk aan nul betekenen dat de snelheid ook nul zou zijn. De kinetische energie hangt namelijk alleen maar af van de massa en de snelheid (Ek = 0,5*m*v^2)
Als de snelheid nul is betekent dit dat de impuls (p) ook nul is want p = m*v. Dit zou betekenen dat de impuls precies bekend zou zijn: namelijk nul. Voor een gewoon deeltje geen probleem: De impuls is gewoon nul. Punt.

Maar in de quantumfysica is er een probleem. Je kunt namelijk nooit precies de impuls kennen. Er blijft altijd onzekerheid over de impuls.

De kinetische energie van een quantum deeltje kan dus nooit echt nul worden. Het kan wel in de buurt van nul komen maar er blijft altijd een restje energie over.

Op donderdag 19 mei 2016 om 16:28 is de volgende reactie gegeven
Dus een quantumdeeltje beweegt eigenlijk altijd een beetje?

Op donderdag 19 mei 2016 om 16:28 is de volgende reactie gegeven
Ik denk dat ik het snap! :)

Erik van Munster reageerde op donderdag 19 mei 2016 om 17:06
Ja, dat klopt. Het kan nooit helemaal stilstaan.


Op zondag 3 apr 2016 om 11:23 is de volgende vraag gesteld
In dit filmpje werd de onzekerheidsrelatie aangegeven met een'groter dan' teken en ik het vorige filmpje werd dit in dezelfde formule aangegeven met een 'groter dan of gelijk aan' teken. Waarom is dat?

Erik van Munster reageerde op zondag 3 apr 2016 om 19:55
Zit verder niks achter hoor. Officieel staat het in BINAS als groter-dan-of-gelijk-aan en zo staat het ook in BINAS (tabel 35-E4).

Maar in de praktijk zal het niks uitmaken: Het gaat erom dat de onzekerheid van plaats (delta-x) en impuls (delta-p) een ondergrens hebben en nooit kleiner kunnen worden dan een bepaalde waarde.


Julia Jansen vroeg op zondag 20 mrt 2016 om 14:06
Beste meneer,
In mijn boek hebben ze het over de potentiele energie die afneemt naarmate het golfpakket kleiner wordt, en dat er dan ergens een evenwicht ontstaat waarbij de totale energie minimaal is, wat wordt hier mee bedoeld?
Alvast bedankt.

Erik van Munster reageerde op maandag 21 mrt 2016 om 08:28
Dag Julia,

Hangt heel erg van de situatie af. In de opgave staat vast meer uitleg over wat ze precies bedoelen. Heb je de opgave er misschien bij?
(Je kunt me ook direct mailen is misschien makkelijker, mailadres staat bij "contact" hierboven)