Poollicht

Opgave 3 (vraag 9 t/m 15) uit eindexamen Natuurkunde VWO 2023 tijdvak 1

Vraag A
[C] Beweging en wisselwerking[C3] Gravitatie [Systematische Natuurkunde] H6: Cirkelbewegingen
4p

In de gebieden bij de Noordpool en de Zuidpool kun je vaak 's nachts gekleurd licht zien. Dit poollicht wordt respectievelijk noorderlicht of zuiderlicht genoemd (zie figuur 1). Het poollicht wordt veroorzaakt door een zogenaamd plasma van positief geladen en negatief geladen deeltjes. Dit plasma verlaat de zon bij een zonne-uitbarsting (zie figuur 2) en bereikt 17 uur17 \text{ uur} later onze dampkring. Als de deeltjes botsen met moleculen in de lucht geeft dit de spectaculaire lichtverschijnselen van het poollicht.

Het plasma moet een bepaalde minimale snelheid hebben om aan het gravitatieveld van de zon te kunnen ontsnappen. Bereken deze snelheid. Noteer je antwoord in vier significante cijfers.

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Vraag B
[C] Beweging en wisselwerking[C1] Kracht en beweging[Systematische Natuurkunde] H2: Beweging
2p

De afstand die het plasma aflegt van de zon naar de aarde is 1,5⋅1011 m1,5 \cdot 10^{11} \text{ m}. Bereken de gemiddelde snelheid van het plasma over dat traject.

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Vraag C
[D] Lading en veld[D2] Elektrische en magnetische velden [Systematische Natuurkunde] H10: Elektromagnetisme
1p

In figuur 3 is de aarde met haar magneetveld te zien. De aarde is op te vatten als een staafmagneet. Figuur 3 staat vergroot op de uitwerkbijlage.

Geef in de figuur op de uitwerkbijlage met een N aan waar de magnetische noordpool van de aarde zich bevindt.

Figuur 1 bij vraag 11 van opgave Poollicht (Natuurkunde VWO 2023)
⚠️ Uitwerkbijlage vereist
Uitwerkbijlage bij vraag 11 van opgave Poollicht

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Vraag D
[D] Lading en veld[D2] Elektrische en magnetische velden [Systematische Natuurkunde] H10: Elektromagnetisme
3p

Als het plasma het aardmagnetisch veld binnenkomt, gaan geladen deeltjes van het plasma een schroefvormige beweging maken om de magnetische veldlijnen. In figuur 4 is de baan van één geladen deeltje weergegeven. In het rechthoekige kader in figuur 4 is één omloop van het geladen deeltje om een veldlijn van het aardmagnetisch veld te zien. Op de uitwerkbijlage is deze omloop vereenvoudigd weergegeven, zoals je deze ziet als je in de richting van het magnetisch veld kijkt. De richting van de veldlijn en de component van de snelheid loodrecht op de veldlijn zijn ook weergegeven.

Voer de volgende opdrachten uit:

  • Teken in de figuur op de uitwerkbijlage de richting van de lorentzkracht op het deeltje.
  • Leg uit of het deeltje positief of negatief geladen is.
Figuur 1 bij vraag 12 van opgave Poollicht (Natuurkunde VWO 2023)
⚠️ Uitwerkbijlage vereist
Uitwerkbijlage bij vraag 12 van opgave Poollicht

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Vraag E
[D] Lading en veld[D2] Elektrische en magnetische velden [Systematische Natuurkunde] H10: Elektromagnetisme
2p

De snelheid van het deeltje heeft niet alleen een component loodrecht op de veldlijn, maar ook een component in de richting van de veldlijn. Die laatste component zorgt ervoor dat het deeltje richting de magnetische noordpool of zuidpool beweegt. Deze beweging langs de veldlijn levert in combinatie met de cirkelbeweging om de veldlijn de schroefvormige baan in figuur 4 op.

Leg met behulp van figuur 4 uit waarom de straal van de cirkelbeweging steeds kleiner wordt naarmate het deeltje dichter bij de pool komt.

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Vraag F
[F] Quantumwereld en relativiteit[F1] Quantumwereld [Systematische Natuurkunde] H13: Quantumwereld
4p

Het plasma wordt dus door het aardmagnetisch veld afgebogen naar de polen en zorgt daar voor het ontstaan van het poollicht. Het poollicht ontstaat vooral als gevolg van botsingen van de plasmadeeltjes met zuurstofatomen O en stikstofmoleculen N2N_{2}. De volgende processen komen voor:

  • Een aangeslagen N2N_{2}-molecuul zendt bij terugvallen een combinatie van golflengtes uit, die wij zien als de kleur magenta.
  • Een aangeslagen O-atoom zendt bij het terugvallen vooral rood licht uit, tenzij het botst met een N2N_{2}-molecuul.
  • Bij een botsing tussen een aangeslagen O-atoom en een N2N_{2}-molecuul draagt het N2N_{2}-molecuul energie over aan het O-atoom, dat vervolgens de dominante kleur in het poollicht uitzendt. De fotonen van dit licht hebben een energie van 2,22 eV2,22 \text{ eV}.

Geef aan wat de dominante kleur in het poollicht is. Bereken daarvoor eerst de golflengte van de fotonen.

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Vraag G
[F] Quantumwereld en relativiteit[F1] Quantumwereld [Systematische Natuurkunde] H13: Quantumwereld
3p

In figuur 5 is het aantal deeltjes per cm3\text{cm}^{3} uitgezet tegen de hoogte. De dominante kleur in het poollicht ontstaat vooral op hoogtes tussen ongeveer 100 km100 \text{ km} en 200 km200 \text{ km}.

Voer de volgende opdrachten uit. Maak daarvoor gebruik van figuur 5:

  • Leg uit dat deze kleur op grote hoogte (>300 km) nauwelijks ontstaat.
  • Geef aan welke kleur op hoogtes kleiner dan 100 km vooral ontstaat.
Figuur 1 bij vraag 15 van opgave Poollicht (Natuurkunde VWO 2023)

Voor nakijken en persoonlijke tips van de AI-docent: Maak een foto van jouw antwoord of type het in.

Antwoordmodel

Volgende opgave: Boomwhackers →