Elektromagnetische straling: fotonen, absorptie en emissie
Bij medische beeldvorming gebruik je röntgenstraling, en die bestaat uit fotonen met een bepaalde energie. Met deze les begrijp je hoe energie, golflengte en absorptie samenhangen, en dat komt op het centraal examen vaak terug.
Elektromagnetische straling is een golf die zich door vacuüm voortplant met de lichtsnelheid c = 3,00·10⁸ m/s. Radiogolven, zichtbaar licht en röntgenstraling zijn alle drie elektromagnetische golven. Ze verschillen alleen in golflengte en frequentie.
Je kunt straling ook zien als een stroom fotonen. Een foton is een pakketje energie. De energie van een foton volgt uit de frequentie of de golflengte:
- E = h·f
- E = h·c/λ
Hierin is h de constante van Planck, 6,63·10⁻³⁴ J·s. Hoe kleiner de golflengte, hoe groter de energie van het foton. Röntgenfotonen hebben daarom veel meer energie dan zichtbaar licht.
Bij absorptie neemt een atoom een foton op. Een elektron gaat dan naar een hoger energieniveau. De energie van het foton moet precies passen bij het verschil tussen twee niveaus. Bij emissie valt een elektron terug naar een lager niveau. Het atoom zendt dan een foton uit met precies die energie.
Welk licht een stof absorbeert, bepaalt de kleur die je ziet. Een deel van het geabsorbeerde licht wordt weer uitgezonden met dezelfde golflengte. Dat gereflecteerde licht zie je dan als kleur.
Onthoud
Alle elektromagnetische straling reist met de lichtsnelheid door vacuüm.
Een foton met een kleinere golflengte heeft meer energie.
Bij absorptie stijgt een elektron naar een hoger niveau, bij emissie daalt het weer.
De energie van een foton volgt uit E = h·c/λ.
Voorbeeld uit een echt examen
ex1
Bij deze vraag moet je verklaren waarom er geen röntgenfotonen kleiner dan 0,30 pm voorkomen in het spectrum van een elektronenbundel van 4,1 MeV.
- 1
Gebruik E = h·c/λ, dus λ = h·c/E.
Veelgemaakte fouten
Reken de golflengte altijd om naar meter voordat je E = h·c/λ gebruikt, want pm en nm geven een verkeerde uitkomst.
Denk niet dat een hogere intensiteit een hogere energie per foton betekent. Bereken de energie per foton met E = h·f of E = h·c/λ.
Vergeet niet dat een atoom alleen een foton absorbeert als de energie precies past bij een overgang tussen twee niveaus.
Snel checken
Welke uitspraak over fotonen is juist?
Een atoom absorbeert een foton. Wat gebeurt er met een elektron in het atoom?