determinazione sperimentale della costante di planck
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DETERMINAZIONE SPERIMENTALE DELLA COSTANTE DI PLANCK
Light Emitting Diodes (LEDs)
INTRODUZIONE
La grandezza fondamentale nella Meccanica Quantistica• L’interazione luce materia è sinteticamente espressa
dall’equazione di Planck:
E=h
e la costante di proporzionalità ha il seguente valore:
• E’ stata introdotta per determinare la quantizzazione di grandezze fisiche come l’energia e la quantità di moto.
Emissione di luce nei Semiconduttori• Uno dei metodi per misurare la
costante di Planck è quello di ricavare la curva caratteristica tensione-corrente per una serie di LED di diverso colore
• Il metodo utilizza l’energia emessa quando un fotone viene prodotto
Il Diodo LED
• Il diodo LED, come tutti i diodi, è un dispositivo a semiconduttore che si comporta da lampadina illuminandosi quando viene collegato ad un generatore di tensione
• L’energia irradiata si può ricavare sperimentalmente dalla curva caratteristica del diodo
• Si può osservare così che ogni led è un “conduttore non ohmico”, perché la relazione tensione-corrente non segue la legge di Ohm di proporzionalità diretta
PARTE SPERIMENTALE
Strumentazione• Alimentatore• Ponte diodi• Sistema a led • Tester per misure
amperometriche e voltmetriche
Alimentatore• L’alimentatore serve a
far funzionare con l'energia elettrica di rete tutte quelle apparecchiature che non possono essere collegate direttamente alla presa a 220V.
Ponte diodi• Il ponte diodi serve a
trasformare un segnale a energia alternata in un segnale a energia continua
Alcuni tipi di LED
Sistema a LED
Tester per le misure amperometriche e voltmetriche
Circuito realizzato per ricavare il grafico corrente-tensione
RISULTATI SPERIMENTALI
MISURE VOLTAMPEROMETRICHE
AMPERE 10^-3 VOLT
ROSSO BLU GIALLO VERDE
1 3,10 4,14 3,09 3,13
2 4,52 5,35 4,15 4,23
3 5,73 6,35 5,31 5,32
4 6,93 7,90 7,18 6,56
5 8,10 8,65 7,75 7,64
6 9,55 9,69 8,80 8,88
7 10,97 10,97 9,86 9,84
8 12,18 11,84 10,9 11,1
9 13,35 12,91 11,9 12,05
10 15,01 13,84 13,45 13,04
CURVA CARATTERISTICA DEL LED ROSSO
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 160
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
f(x) = 0.767349997042334 x − 1.36317837354664R² = 0.999043190088692
linea di tendenza del tratto lineare della curva del led rosso
led rosso Linear (led rosso)
VOLT
MIL
LIAM
PERE
Tratto lineare della curva sperimentale
CURVA CARATTERISTICA DEL LED BLU
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 160
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
f(x) = 0.938721508614128 x − 3.16158335998256R² = 0.995670613470052
linea di tendenza del tratto lineare della curva del led blu
led blu Linear (led blu)
VOLT
MIL
LIAM
PERE
Tratto lineare della curva sperimentale
CURVA CARATTERISTICA DEL LED GIALLO
2 4 6 8 10 12 14 160
2
4
6
8
10
12
f(x) = 0.889279862102587 x − 1.82677678386321R² = 0.994538260326002
linea di tendenza del tratto lineare della curva del led giallo
led giallo Linear (led giallo)
VOLT
MIL
LIA
PERE
Tratto lineare della curva sperimentale
CURVA CARATTERISTICA DEL LED VERDE
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 160
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
f(x) = 0.898966690644993 x − 1.84545682926024R² = 0.999378545848552
linea di tendenza del tratto lineare della curva del led verde
led verde
Volt
Mill
iam
pere
Tratto lineare della curva sperimentale
DISCUSSIONE
Determinazione della costante di Planck
Valori sperimentali della costante di Planck
LED R serie (Ω) Vg(V) ʎ(nm) h(Js)
ROSSO 1,3032 1,77 665 6.278x10(-34)
GIALLO 1,124 2,054 600 6.581x10(-34)
VERDE 1,111 2,055 565 6.200x10(-34)
BLU 1,065 2,862 460 7,02x10(-34)
Errore %, valore medio
LED h(Jxs) Errore % Valore medio di h Errore %
ROSSO 6.278x10(-34) 5,25
6,519X10(-34) 1,61GIALLO 6.581x10(-34) 0,68
VERDE 6.200x10(-34) 6,43
BLU 7,02x10(-34) 5,95
Errore in percentuale= (Valoreteorico – Valoresperimentale/Valoreteorico )x100
Valoremedio =∑valori sperimentali /4
CONCLUSIONI
• E’ stato determinato il valore della costante di Planck mediante misure voltamperometriche;
• Il valore medio ottenuto è nel limite dell’errore sperimentale e in buon accordo con il valore di letteratura, considerando l’apparato sperimentale a disposizione;
• L’emissione luminosa dei LED inizia a partire da un valore di Potenziale (Vsoglia) che corrisponde alla tensione per la quale gli elettroni si ricombinano con le «lacune» della banda di valenza.
• Sperimentalmente per determinare il valore di questo potenziale si procede con una estrapolazione della parte lineare della curva intensità di corrente-tensione fino a quando non incontra l’asse delle x.
• Il valore dato dall’intersezione rappresenta il valore di tensione che moltiplicato per la carica dell’elettrone ci fornisce l’energia dei fotoni emessi
BIBLIOGRAFIA• http://www.itiseuganeo.it/sperimentando/2011/S2011do.htm
• http://www.castfvg.it/articoli/fisica/costante_planck.pdf
• https://www.lngs.infn.it/calendario/img_cal_2007/contents/SETTEMBRE.pdf
• http://www.fisica.uniud.it/URDF/secif/mec_q/esp/plank_4.htm
• http://www.fmboschetto.it/lavori_studenti/lavori_fisica_studenti/misura_costante_di_Planck.pdf
• http://www.iapht.unito.it/stagefisica/2012/Tavolo4_2012.pdf
• http://www.dfm.uninsubria.it/pls/Documentazione.pdf
• http://www.angeloangeletti.it/MATERIALI_LICEO/MQ08_09.pdf
• http://www.radio.walkingitaly.com/radio/radiosito/tutorial/diodi/d_led/d_led.htm#blu_ultravioletto
LICEO ARTISTICO DI SAN GIOVANNI IN FIORE (CS)
CLASSE IV
ANNO SCOLASTICO 2013/14
DOCENTE ANDREA CHECCHETTI
ASSISTENTE DI LABORATORIO GIOVANNI ORLANDO
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