Vul de drie gegevens in die je kent van de beginhoeveelheid N₀, de resterende hoeveelheid N(t), de verstreken tijd t en de halveringstijd t½. Het veld dat je leeg laat, wordt berekend, samen met de vervalconstante λ en de gemiddelde levensduur τ. De vergelijking hieronder is gekoppeld aan de velden, dus je kunt de getallen ook rechtstreeks daarin typen.
Inhoudsopgave
-
Wat je op deze pagina kunt doen
-
Waarvoor is deze berekening handig?
-
Zo werkt het
-
Formules en grafieken
-
Symbolen en begrippen
-
Handig om vooraf te weten
-
Berekenen met Excel
-
Berekenen met Google Spreadsheets
-
Berekenen met Python
-
De formule in LaTeX en andere wiskundenotaties (om te kopiëren)
-
Zo laat je ChatGPT de berekening doen
-
Kenmerken van DataChef
-
Gerelateerde functies
-
Alle rekenmachines van NumberChef
Wat je op deze pagina kunt doen
- Vul drie van de vier in: de beginhoeveelheid \(N_0\), de resterende hoeveelheid \(N(t)\), de verstreken tijd \(t\) en de halveringstijd \(t_{1/2}\). Het veld dat je leeg laat, wordt berekend
- De vervalconstante \(\lambda\) en de gemiddelde levensduur \(\tau\) zie je er meteen bij
- Een grafiek met een markering bij elke halveringstijd laat zien hoe de hoeveelheid steeds halveert (exponentiële afname)
- Een heldere uitleg van de formules en formules om te kopiëren voor Excel, Google Spreadsheets en Python vind je ook op deze pagina
Waarvoor is deze berekening handig?
Levende wezens nemen radioactief koolstof-14 op. Na de dood stopt die opname en neemt het koolstof-14 af met een halveringstijd van ongeveer 5.730 jaar. Heeft een stuk hout uit een opgraving nog 25% van het koolstof-14 dat het tijdens het leven had, dan is het naar schatting \(5.730 \times \ln 4 \div \ln 2 = 11.460\) jaar oud (2 halveringstijden).
Veel dateringen van oude vindplaatsen en voorwerpen, zoals “duizenden jaren geleden” in schoolboeken, berusten op deze berekening.
Technetium-99m, dat in ziekenhuizen bij scans in de nucleaire geneeskunde wordt gebruikt, heeft een halveringstijd van ongeveer 6 uur. Als voorbeeld: 24 uur na een scan is het gedaald tot \((1/2)^{24/6} = (1/2)^4 = 1/16\), dat is 6,25%.
In de geneeskunde kiest men isotopen met een korte halveringstijd omdat ze zo snel afnemen (in werkelijkheid scheidt het lichaam ze ook uit, dus de veiligheid wordt beoordeeld volgens de normen van deskundige instanties).
Hoe snel een medicijn het bloed verlaat, wordt ook beschreven met een halveringstijd. Heeft cafeïne bijvoorbeeld een halveringstijd van 4 uur, dan zakt de cafeïne in ongeveer twee koppen koffie (200 mg) na 12 uur naar \(200 \times (1/2)^{3} = 25\) mg.
Halveringstijden verschillen sterk van persoon tot persoon en beslissingen over medicijnen neem je in overleg met je arts of apotheker. Toch laten de getallen zien waarom koffie laat op de dag je slaap kan beïnvloeden.
Jodium-131, dat vaak in het nieuws komt bij kernongevallen, heeft een halveringstijd van ongeveer 8 dagen. Na 80 dagen (10 halveringstijden) is het gedaald tot \((1/2)^{10} = 1/1024\), ongeveer 0,1%. Cesium-137, met een halveringstijd van ongeveer 30 jaar, heeft na 90 jaar nog \(1/8\) (12,5%) over.
Als je eenmaal ziet dat “korte halveringstijd = vervaagt snel, lange halveringstijd = blijft lang aanwezig”, kun je de getallen in het nieuws zelf controleren.
Bij radioactief afval van kerncentrales en andere bronnen wordt de tijd dat het afgesloten en beheerd moet worden gepland op basis van de halveringstijden van de isotopen erin. Deze formule laat bijvoorbeeld zien dat cesium-137, met een halveringstijd van 30 jaar, ongeveer 10 halveringstijden (ongeveer 300 jaar) nodig heeft om te dalen tot bijna 1/1000.
Dezelfde berekening als op deze pagina vormt de basis van beheerplannen die vele generaties beslaan.
Formules en grafieken
Symbolen en begrippen
Symbolen
| \(N_0\) | N nul | De beginhoeveelheid: de hoeveelheid op het moment dat je de tijd gaat tellen (\(t = 0\)). (Voorbeeld: als je met 100 g begint, is \(N_0 = 100\)) |
| \(N(t)\) | N van t | De resterende hoeveelheid: de hoeveelheid die over is nadat de tijd \(t\) is verstreken. Je schrijft het zo omdat het een functie van \(t\) is (de waarde hangt van \(t\) af). |
| \(t\) | t | De verstreken tijd: de tijd die nodig was om van de beginhoeveelheid naar de resterende hoeveelheid te dalen. Gebruik dezelfde eenheid als bij de halveringstijd. |
| \(t_{1/2}\) | t half (halveringstijd) | De halveringstijd: de tijd waarin de hoeveelheid tot precies de helft daalt. Elke stof heeft een eigen waarde, en die is hetzelfde, wanneer je ook begint te meten. |
| \(\lambda\) | lambda | De vervalconstante: het deel dat per heel korte tijdseenheid vervalt. Je vindt die met \(\lambda = \ln 2 \div t_{1/2}\). |
| \(\tau\) | tau | De gemiddelde levensduur: de gemiddelde tijd tot één atoom vervalt. Je vindt die met \(\tau = 1 \div \lambda = t_{1/2} \div \ln 2\). |
| \(\ln x\) | natuurlijke logaritme van x | De natuurlijke logaritme: de logaritme met grondtal \(e\) (ongeveer 2,718). Die geeft aan “\(e\) tot welke macht geeft \(x\)”. Op een wetenschappelijke rekenmachine gebruik je de toets ln en in Excel de functie LN. |
Begrippen
| halveringstijd (halfwaardetijd) | De tijd waarin een hoeveelheid tot precies de helft daalt. Bij een radioactieve stof is dat de tijd waarin het aantal atomen (de sterkte van de radioactiviteit) halveert, en bij een medicijn de tijd waarin de hoeveelheid in het bloed halveert. De hoeveelheid halveert in elk even lang tijdsinterval opnieuw (de helft, een kwart, een achtste, enzovoort). |
| exponentiële afname (exponentieel verval) | Afname met een snelheid die evenredig is met de hoeveelheid die nog over is. In het begin gaat het snel en het vertraagt naarmate er minder over is. Alleen hoeveelheden die zo afnemen, hebben een constante halveringstijd. |
| radioactief verval | Het proces waarbij een onstabiele atoomkern straling uitzendt en overgaat in een andere kern. Wanneer één atoom vervalt, is willekeurig, maar een groot aantal atomen neemt gestaag af volgens de halveringstijd. |
| vervalconstante | Een constante die aangeeft welk deel van de resterende atomen per heel korte tijdseenheid vervalt. Ze hoort bij de halveringstijd: als je de ene kent, kun je de andere berekenen. |
| gemiddelde levensduur | De tijd tot één atoom vervalt, gemiddeld over veel atomen. Dat is ongeveer 1,44 keer de halveringstijd. |
| natuurlijke logaritme | De logaritme met grondtal \(e\) (ongeveer 2,718, het getal van Euler). Die past bij berekeningen over groei en afname en komt voor in de formules voor de halveringstijd en de vervalconstante. |
| exponent | Een getal dat aangeeft hoe vaak je hetzelfde getal met zichzelf vermenigvuldigt, zoals de 3 rechtsboven bij \(2^3\). In de formule voor de halveringstijd is het aantal halveringen \(t / t_{1/2}\) de exponent. |
Handig om vooraf te weten
Dit helpt je om de berekening op deze pagina echt te begrijpen, en niet alleen op de knop te drukken.
| Breuken en herhaald halveren (groep 6-7, 9-11 jaar) |
|
| Machten en exponenten (klas 1-2, 12-14 jaar) |
|
| Exponenten uitbreiden (havo/vwo 4, 15-16 jaar) |
|
| Logaritmen (havo/vwo 4, 15-16 jaar) |
|
Berekenen met Excel
| Beginhoeveelheid N0 | 100 |
| Verstreken tijd t | 10 |
| Halveringstijd t1/2 | 5 |
| Resterende hoeveelheid N(t) | =B1*MACHT(1/2;B2/B3) |
| Beginhoeveelheid N0 | 100 |
| Resterende hoeveelheid N(t) | 25 |
| Verstreken tijd t | 10 |
| Halveringstijd t1/2 | =B3*LN(2)/LN(B1/B2) |
| Beginhoeveelheid N0 | 100 |
| Resterende hoeveelheid N(t) | 25 |
| Halveringstijd t1/2 | 5 |
| Verstreken tijd t | =B3*LN(B1/B2)/LN(2) |
| Halveringstijd t1/2 | 5 |
| Vervalconstante λ | =LN(2)/B1 |
| Gemiddelde levensduur τ | =B1/LN(2) |
“MACHT(1/2; B2/B3)” is de machtsfunctie die (verstreken tijd ÷ halveringstijd) keer met 1/2 vermenigvuldigt, en “LN” geeft de natuurlijke logaritme (ln).
In de eerste tabel toont B4 bijvoorbeeld 25 (100 g wordt in 10 jaar 25 g) en in de tweede tabel 5 (een halveringstijd van 5 jaar). Vervang de getallen in kolom B gewoon door je eigen getallen.
Berekenen met Google Spreadsheets
| Beginhoeveelheid N0 | 100 |
| Verstreken tijd t | 10 |
| Halveringstijd t1/2 | 5 |
| Resterende hoeveelheid N(t) | =B1*MACHT(1/2;B2/B3) |
| Beginhoeveelheid N0 | 100 |
| Resterende hoeveelheid N(t) | 25 |
| Verstreken tijd t | 10 |
| Halveringstijd t1/2 | =B3*LN(2)/LN(B1/B2) |
| Beginhoeveelheid N0 | 100 |
| Resterende hoeveelheid N(t) | 25 |
| Halveringstijd t1/2 | 5 |
| Verstreken tijd t | =B3*LN(B1/B2)/LN(2) |
| Halveringstijd t1/2 | 5 |
| Vervalconstante λ | =LN(2)/B1 |
| Gemiddelde levensduur τ | =B1/LN(2) |
Berekenen met Python
import math
initial_quantity = 100.0 # beginhoeveelheid N0
remaining_quantity = 25.0 # resterende hoeveelheid N(t)
elapsed_time = 10.0 # verstreken tijd t
# halveringstijd t1/2 = t × ln2 ÷ ln(N0 ÷ N(t))
half_life = elapsed_time * math.log(2) / math.log(initial_quantity / remaining_quantity)
decay_constant = math.log(2) / half_life # vervalconstante λ
mean_lifetime = half_life / math.log(2) # gemiddelde levensduur τ
print(f"Halveringstijd: {half_life}")
print(f"Vervalconstante: {decay_constant}")
print(f"Gemiddelde levensduur: {mean_lifetime}")
# Controle: resterende hoeveelheid N(t) = N0 × (1/2)^(t/t1/2)
remaining = initial_quantity * 0.5 ** (elapsed_time / half_life)
print(f"Controle (resterende hoeveelheid): {remaining}")
De formule in LaTeX en andere wiskundenotaties (om te kopiëren)
N(t) = N₀ × (1/2)^(t/t½)
N(t) = N_0 \left(\frac{1}{2}\right)^{t/t_{1/2}}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>N</mi><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo>
<mo>=</mo>
<msub><mi>N</mi><mn>0</mn></msub>
<msup>
<mrow><mo>(</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><mo>)</mo></mrow>
<mrow><mi>t</mi><mo>/</mo><msub><mi>t</mi><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msub></mrow>
</msup>
</mrow>
</math>
N(t) = N_0 (1/2)^(t/t_(1/2))
n0*(1/2)^(t/thalf)
Nt := n0*(1/2)^(t/thalf);
Nt = n0*(1/2)^(t/thalf);
N(t) = N_0 (1/2)^(t/t_(1/2))
t½ = t × ln 2 ÷ ln(N₀/N(t))
t_{1/2} = \dfrac{t \ln 2}{\ln(N_0 / N(t))}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<msub><mi>t</mi><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow><mi>t</mi><mo>⁢</mo><mi>ln</mi><mo>⁡</mo><mn>2</mn></mrow>
<mrow><mi>ln</mi><mo>⁡</mo><mo>(</mo><msub><mi>N</mi><mn>0</mn></msub><mo>/</mo><mi>N</mi><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo><mo>)</mo></mrow>
</mfrac>
</mrow>
</math>
t_(1/2) = (t ln 2)/(ln(N_0//N(t)))
t*Log[2]/Log[n0/nt]
thalf := t*ln(2)/ln(n0/nt);
thalf = t*log(2)/log(n0/nt);
t_(1/2) = t ln(2)/ln(N_0/N(t))
λ = ln 2 ÷ t½
\lambda = \dfrac{\ln 2}{t_{1/2}}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>λ</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow><mi>ln</mi><mo>⁡</mo><mn>2</mn></mrow>
<msub><mi>t</mi><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msub>
</mfrac>
</mrow>
</math>
lambda = (ln 2)/t_(1/2)
Log[2]/thalf
lambda := ln(2)/thalf;
lambda = log(2)/thalf;
λ = ln(2)/t_(1/2)
τ = t½ ÷ ln 2
\tau = \dfrac{1}{\lambda} = \dfrac{t_{1/2}}{\ln 2}
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
<mrow>
<mi>τ</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub><mi>t</mi><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msub>
<mrow><mi>ln</mi><mo>⁡</mo><mn>2</mn></mrow>
</mfrac>
</mrow>
</math>
tau = t_(1/2)/(ln 2)
thalf/Log[2]
tau := thalf/ln(2);
tau = thalf/log(2);
τ = t_(1/2)/ln(2)
Zo laat je ChatGPT de berekening doen
Je bent een rekenassistent voor halveringstijdvraagstukken. Voer de volgende berekeningen uit door daadwerkelijk Python-code uit te voeren en baseer je antwoord alleen op de getallen uit het resultaat van de uitvoering (geef dus geen antwoord uit je hoofd of op gevoel). Een radioactieve stof begint met 100 g en is na 10 jaar gedaald tot 25 g. Ga uit van exponentieel verval, N(t) = N0 × (1/2)^(t / halveringstijd). Bereken de volgende dingen: 1. De halveringstijd van deze stof 2. De vervalconstante λ (= ln2 ÷ halveringstijd) 3. De gemiddelde levensduur τ (= halveringstijd ÷ ln2) 4. De hoeveelheid die 20 jaar na het begin over is Laat de formules zien die je hebt gebruikt en de getallen uit het resultaat van de uitvoering.
Zo werkt het
-
1Vul je getallen inTyp de getallen waarmee je wilt rekenen in de invoervelden
-
2BerekenKlik op de knop “Berekenen”
-
3Bekijk het resultaatHet resultaat verschijnt meteen. Op dezelfde pagina vind je ook de uitwerking van de berekening en de uitleg van de formule
Kenmerken van DataChef
Geen voorkennis nodig – intuïtieve en eenvoudige bediening
Zonder persoonlijke gegevens op te geven
Bestand wordt automatisch verwijderd zodra je op "Downloaden" klikt
Geen bronvermelding vereist
Geen toestemming vooraf nodig