De Broglie golflengte grotere materie

Anne stelde deze vraag op 04 maart 2023 om 17:26.

Hallo,
Ik zou een vraag willen stellen over de De Broglie-golflengte. Het is een vraag die zomaar in me op kwam, want het is een beetje raar ... Als ik de De Broglie-golflengte uitreken voor een grote massa, is dat natuurlijk niet erg zinvol, want het heeft vooral te maken met kleine deeltjes. Tich zijn er wel voorbeelden in het boek waarbij ze dat even laten zien. Dat het dus een hele kleine golflengte is en daarom heen invloed heeft op "macroscopische schaal".
als je een mens hebt van 75 kg en je rekent dat uit dan is het: 
𝛌=(𝟔,𝟔𝟑.𝟏𝟎34)/(𝟕𝟓 . 𝟐) ≈ 𝟒.𝟏𝟎-36 𝐦. Dat is klein, maar de frequentie is dan heel hoog en als je daarbij de energie volgens E = h.f uitrekent,
krijg je een eneorme energie: 5 . 1010 Joule. Dat is dus erg vreemd.
Wat klopt er eigenlijk niet ? Of is de golflengte sowieso te klein om mee te rekenen ?
Kunt u daar iets over zeggen ? Ik kan het nergens goed vinden op internet ofzo.
Groetjes v. Anne

  

Reacties

Jaap op 04 maart 2023 om 17:36
Dag Anne,
Er is niks mis met je debrogliegolflengte van een mens bij 2 m/s.
De kleine uitkomst wil zeggen dat je pas flinke 'buiging' waarneemt als de mens door een spleet gaat die een breedte in dezelfde orde van grootte heeft. Zo'n nauwe spleet is trouwens moeilijk te vinden…
De formule E=h·f geldt voor fotonen, niet voor mensen. De aldus berekende energie heeft geen natuurkundige betekenis, lijkt me.
Groet, Jaap
Jaap op 04 maart 2023 om 17:43
…en het lijkt erop dat je, om E=h·f te gebruiken, de 'frequentie' hebt berekend met f=c/λ en c=3,00×108 m/s  is de lichtsnelheid in vacuüm. Maar de persoon bewoog toch met 2 m/s? Over vreemd gesproken…
Volgens de relativiteitstheorie kan de persoon de lichtsnelheid niet bereiken.
Groet, Jaap
Anne op 04 maart 2023 om 20:21
Bedankt voor de reactie, maar er is toch nog iets wat vreemd is vind ik.
Golflengte = h / m.v = h / p  wordt gebruikt. Uiteraard gaat het om kwantumsystemen, maar in verschillende boeken staan deze voorbeelden en ook op internet. Dan berekenen ze de golflengte voor gortere massa's. Ook nog een voorbeeld van een Cheetah met een massa van 70 kg en een snelhied van 28 m/s. Dus net zoiets. Daar komt uit 3,4 . 10E -37 m. OOk extreem klein dus. Maar steeds wordt gezegd de golflengten zijn te klein. Maar begrijp ik dat je van die golflengte geen energie kunt uitrekenen ? Bij andere deeltjes kan dat wel. Mag je alleen E=h.f gebruiken als het gaat om andere situaties ? Er kan toch ook wel van een deeltje met een andere snelheid dan de lichtsnelheid en kleine massa een golflengte worden berekend en dan de kinetische energie ? Een grote massa heeft toch ook een impuls ? Of mag je dan geen constante van planck gebruiken ? Ergens is er blijkbaar een grens, maar dat is me niet echt duidelijk. Wanneer kan het nog wel en wanneer niet meer  denk ik dan.
gr,
Anne  
Jaap op 04 maart 2023 om 20:53
Dag Anne,
• Welke soort energie wil je berekenen? Kinetische energie? Die vind je met ½·m·v², of het nu gaat om een elektron of een cheetah. (Bij hoge snelheid, ruwweg boven c/10, geldt een andere formule voor de kinetische energie.)
De route debrogliegolflengte → frequentie → (kinetische) energie heeft voor materie geen natuurkundige betekenis, lijkt me. Dat geldt zowel voor elementaire deeltjes als mensen.
Ja, een grote massa heeft een impuls en Ek=½·m·v²=½·m²·v²/m=½·(m·v)²/m=p²/(2·m)
Daar komt geen constante van Planck aan te pas.
• De debrogliegolflengte is met name belangrijk voor golfverschijnselen, zoals buiging en interferentie. Deze zijn vooral merkbaar als de debrogliegolflengte in dezelfde orde van grootte is als een spleet, obstakel of iets dergelijks. 'Dezelfde orde van grootte' zit wel goed als versnelde elektronen verstrooid worden aan de nauwe 'spleten' in een nikkelkristal, maar is niet realiseerbaar bij wandelaars.
• Zoals gezegd, E=h·f geldt voor fotonen, niet voor materie.
Groet, Jaap
Anne op 05 maart 2023 om 10:11

Bedankt voor de aanvullingen. Sorry, maar ik blijf zitten met een vraag dat het toch vreemd is. Ik lees dat volgens De Broglie alle massa's een golflengte kunnen voortbrengen. Dan kun je dus kwantumwetten toepassen op grotere massa's. Ik begrijp uit uw antwoord dat je de wetten alleen moet gebruiken voor de kwantumwereld. Maar als je het wel toepast ol grotere materie, dan is dat wel raar. Er moet dan toch een grens zijn. Een hele grote massa zou een golf in de buurt van gammastraling veroorzaken. Dat is toch gek, want dat is heel veel energie. Een mens heeft inderdaad een kleine golflengte die geen invloed heeft denk ik ook wel. Dat kan ik me wel voorstellen. Maar zijn er uitersten ? Is er een grens aan golflengten of een kleinste massa? Ergens las ik dat er geen hogere straling bestaat dan gammastraling. 

anne 

Theo op 05 maart 2023 om 11:16
ik denk dat je abusievelijk denkt dat materiegolven elektromagnetische golven zijn. Dat is niet zo. Die hebben niks met elkaar te maken.
Elektromagnetische golven hebben een energie E=hf
Materiegolven hebben een energie E = γ mc2 dat voor snelheden waarbij relativistische verschijnselen verwaarloosbaar zijn tot E = 1/2 mv2 versimpeld wordt. En de De Broglie golf bereken je voor elke massa - alleen bij grotere massa 's zijn de quantumeffecten die de golven kunnen tonen, vrijwel niet detecteerbaar en versimpelen we de wereld tot de bekendere niet-quantumwereld. Het effect is er, maar verwaarloosbaar tov andere effecten. Zoals relativistische verschijnselen er altijd zijn maar bij snelheden ver beneden de lichtsnelheid verwaarloosbaar zijn en gewone Newtoniaanse mechanicaregels volstaan.

Materie brengt geen golven voort - in situaties kan het deeltje als golf worden gezien. Net zoals licht zich soms als deeltje (foton) en soms als golf gedraagt.

Materiegolven kunnen veel kleinere golflengten hebben dan zichtbaar licht. Reden waarom een elektronenmicroscoop "foto's" van veel kleinere details kan tonen dan een optische. Voor die laatste zouden we gammastraling moeten gebruiken maar die straling kunnen we niet zo makkelijk produceren (en in de natuur komt het alleen bij radioactieve bronnen vrij - niet iets om bij een microscoop te gebruiken)
Jaap op 05 maart 2023 om 11:28
Dag Anne,
Je schrijft: 'Dan kun je dus kwantumwetten toepassen op grotere massa's. Ik begrijp uit uw antwoord dat je de wetten alleen moet gebruiken voor de kwantumwereld.'
Je kunt de inzichten en formules (je noemt het 'wetten') van de quantumwereld zowel toepassen op elementaire deeltjes als op grote, zware dingen. Dat is allemaal geldig. Wat dit betreft, is er geen verschil en geen grens. De debrogliegolflengte geldt zowel voor een elektron als voor een olifant. De betrekking E=h·f geldt voor geen van beide.
Is het zo 'dat je de wetten alleen moet gebruiken voor de kwantumwereld'? Nee, dat lees ik niet hierboven. Je kunt de 'quantumwetten' zowel voor de kleinste als voor grote dingen gebruiken. Een verschil is dat je er bij grote dingen vaak weinig van waarneemt. Er is wel buiging als je door een deuropening loopt, maar zo weinig dat je het niet kunt meten. De 'wetten' gelden wel, maar je merkt er bij grote dingen vaak niks van.

Wat betreft energie schrijf je: 'Een hele grote massa zou een golf in de buurt van gammastraling veroorzaken.' Hierbij vergelijk je misschien de debrogliegolflengte van een wandelaar met die van elektromagnetische straling, bij voorbeeld gammastraling. Zo'n vergelijking is niet geldig. Gammastraling kun je opvatten als een stroom fotonen met de lichtsnelheid en een energie E=h·f, Gammastraling bestaat niet uit materie. Een wandelaar bestaat wel uit materie, beweegt niet met de lichtsnelheid en voor hem/haar heeft E=h·f geen betekenis.
Groet, Jaap
Anne op 05 maart 2023 om 22:44
Het is me nu duidelijk eindelijk ... het gaat inderdaad om een essentieel verschil tussen materiegolven en van elektromagnetische golven. Dat haal ik door elkaar of vergelijk het. Bedankt beide voor de antwoorden. Ik doorzie nu beter hoe het in elkaar zit.
groeten, Anne

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Clara heeft eenendertig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)