Wikisage is op 1 na de grootste internet-encyclopedie in het Nederlands. Iedereen kan de hier verzamelde kennis gratis gebruiken, zonder storende advertenties. De Koninklijke Bibliotheek van Nederland heeft Wikisage in 2018 aangemerkt als digitaal erfgoed.
- Wilt u meehelpen om Wikisage te laten groeien? Maak dan een account aan. U bent van harte welkom. Zie: Portaal:Gebruikers.
- Bent u blij met Wikisage, of wilt u juist meer? Dan stellen we een bescheiden donatie om de kosten te bestrijden zeer op prijs. Zie: Portaal:Donaties.
Tunneleffect (natuurkunde): verschil tussen versies
| Regel 16: | Regel 16: | ||
=== Kwantumbiologie === | === Kwantumbiologie === | ||
Het tunneleffect is een van de centrale effecten in de Quantum | Het tunneleffect is een van de centrale effecten in de Quantum biologie.<ref name="Trixler2013" /> | ||
Zo is de genetische code niet helemaal stabiel door het voorkomen van proton tunnels in het DNA. Hierdoor is het tunneleffect medeverantwoordelijk voor het ontstaan van spontane mutaties.<ref>{{Literature |Author=Per-Olov Löwdin |Title=Proton Tunneling in DNA and its Biological Implications |Sammelwerk=Reviews of Modern Physics | Volume=35 |Number=3 |Date=1963 |Pages=724–732 |DOI=10.1103/RevModPhys.35.724}}</ref> Elektronentunneling daarentegen speelt een belangrijke rol in veel biochemische redox- en katalytische reacties.<ref name=" Trixler2013" /> | Zo is de genetische code niet helemaal stabiel door het voorkomen van proton tunnels in het DNA. Hierdoor is het tunneleffect medeverantwoordelijk voor het ontstaan van spontane mutaties.<ref>{{Literature |Author=Per-Olov Löwdin |Title=Proton Tunneling in DNA and its Biological Implications |Sammelwerk=Reviews of Modern Physics | Volume=35 |Number=3 |Date=1963 |Pages=724–732 |DOI=10.1103/RevModPhys.35.724}}</ref> Elektronentunneling daarentegen speelt een belangrijke rol in veel biochemische redox- en katalytische reacties.<ref name=" Trixler2013" /> | ||
Versie van 5 mei 2023 10:41
Tunneleffect is een term in de natuurkunde voor het feit dat een deeltje een potentiaal barrière van eindige hoogte kan overwinnen, zelfs als zijn energie minder is dan de "hoogte" van de barrière. Volgens de klassieke natuurkunde zou dit onmogelijk zijn, maar volgens de quantummechanica is het mogelijk. Het alfaverval van atoomkernen wordt verklaard met behulp van het tunneleffect. Voorbeelden van technische toepassingen zijn de scanning tunneling microscoop en het flash geheugen.
Ontdekking
In 1926/1927 ontdekte en beschreef Friedrich Hund voor het eerst wat later bekend werd als het tunneleffect (waarvan de ontdekking vaak wordt toegeschreven aan George Gamow) in isomere moleculen.[1][2]
In 1926 legden Gregor Wentzel, Hendrik Anthony Kramers en Léon Brillouin de basis voor de kwantummechanische verklaring van tunnelprocessen met de naar hen vernoemde WKB-methode. George Gamow kon deze methode gebruiken om alfa-verval in 1928 te verklaren tijdens zijn verblijf bij Max Born in Göttingen en ook bij Ronald W. Gurney en Edward U. Condon .[3] Tegelijkertijd vond Ralph Howard Fowler en Lothar Wolfgang Nordheim de verklaring van de veldemissie van elektronen.
Voorkomen en toepassingen
Kernfusie in sterren
De druk en temperatuur in de Zon en andere sterren, energetisch beschouwd, zouden niet voldoende zijn voor thermonucleaire kernfusie van atoomkernen, de bron van de uitgezonden straling. Vanwege het tunneleffect wordt de Coulomb-potentiaal echter met een zekere waarschijnlijkheid kwantummechanisch overwonnen.[4] In dit opzicht is het tunneleffect een van de doorslaggevende factoren voor het leven op aarde.[5]
In het centrum van zonachtige sterren zou de fusie van waterstof tot heliumkernen zonder tunneling pas beginnen bij temperaturen van ongeveer 10 miljoen Kelvin, in feite rond de 5 miljoen Kelvin.
Chemische reacties
Door het tunneleffect van atomen in chemische reacties kunnen deze sneller en bij lagere temperaturen plaatsvinden dan bij klassieke beweging via de activeringsenergie.[6] Bij kamertemperatuur speelt het vooral een rol bij waterstofoverdrachtsreacties. Bij lage temperaturen kunnen echter veel astrochemische syntheses van moleculen in interstellaire donkere materie worden verklaard door het tunneleffect op te nemen, b.v. de synthese van moleculaire waterstof, water (ijs) en het in de chemische evolutie belangrijke formaldehyde.[5] Het tunneleffect werd voor het eerst gemeten in een laboratorium in een waterstofreactie.[7][8]
Kwantumbiologie
Het tunneleffect is een van de centrale effecten in de Quantum biologie.[5] Zo is de genetische code niet helemaal stabiel door het voorkomen van proton tunnels in het DNA. Hierdoor is het tunneleffect medeverantwoordelijk voor het ontstaan van spontane mutaties.[9] Elektronentunneling daarentegen speelt een belangrijke rol in veel biochemische redox- en katalytische reacties.[5]
Alfa-verval
Het alfa-verval van atoomkernen is onder andere gebaseerd op het tunneleffect. Volgens klassieke natuurkunde zou de kern niet moeten vervallen vanwege de aantrekkende sterke interactie. Het tunneleffect leidt echter tot een niet nul waarschijnlijkheid van verval per tijdsperiode (vervalkans) voor het alfadeeltje om de kern te verlaten, omdat de kwantummechanische waarschijnlijkheid dat het alfadeeltje aanwezig is niet gelijk is aan nul zelfs voorbij de energiebarrière; zodra het positief geladen alfadeeltje buiten de barrière is, verlaat het de kern voorgoed door te worden afgestoten door de rest van de kern, die ook positief geladen is. Uit de vervalkans resulteert een halfwaardetijd voor dit stochastische proces.
Veldelektronen- en veldionenmicroscoop
Het tunneleffect vond een belangrijke toepassing in de hoge resolutie microscopen die Erwin Wilhelm Müller in Berlijn ontwikkelde. In 1936 beschreef hij de veldelektronenmicroscoop en vervolgens in 1951 de veldionenmicroscoop, het eerste instrument dat atomaire resolutie mogelijk maakte.
Wordt vervolgd [
Vertaald uit https://de.wikipedia.org/wiki/Tunneleffekt
- º [http:// www.deutschlandfunk.de/die-quantentheorie-erklaert-das-sonnenfeuer-friedrich-hund.732.de.html?dram:article_id=344009 Friedrich Hund, der Tunneleffekt und das Leuchten der Sterne.] op Deutschlandfunk, verzonden op 4 februari 2016.
- º Hund: On the Interpretation of Molecular Spectra III, Journal of Physics, Volume 43, 1927, pp. 805-826 . Hund gebruikte gewoonlijk de term molecuul voor moleculen. Over Hunds ontdekking van het tunneleffect: Helmut Rechenberg, Mehra: The historical development of quantum theory, vol 6, deel 1, blz. 535.
- º George Gamow: Zur Quantentheorie des Atomkernes. In: Zeitschrift für Physik. 51, 1928, blz. 204.
- º G. Wolschin: Thermonuclear Processes in Stars and Stellar Neutrinos. In: L. Castell, O. Ischebeck (eds.): Time, Quantum and Information. Part II, Springer-Verlag, Berlin/ Heidelberg/ New York 2003, pp. 115–134.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 {{Literature |Author=F. Trixler |Title=Quantumtunneling naar de oorsprong en evolutie van het leven |Sammelwerk=Huidige organische chemie |Volume=17 |Number=16 |Datum=2013-08 |Pages=1758–1770 |DOI=10.2174/13852728113179990083|PMC=3768233} }
- º Sjabloon:Literatuur
- º Sjabloon:Internetbron
- º Sjabloon:Literatuur
- º Sjabloon:Literature