determinazione sperimentale della costante di planck
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In un laboratorio scolastico attraverso un apparato costruito in loco sono state effettuate misure tensio-amperometriche da cui è stata ricavata la costante di PlanckTRANSCRIPT
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DETERMINAZIONE SPERIMENTALE DELLA COSTANTE DI PLANCK
Light Emitting Diodes (LEDs)
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INTRODUZIONE
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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.
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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
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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
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PARTE SPERIMENTALE
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Strumentazione• Alimentatore• Ponte diodi• Sistema a led • Tester per misure
amperometriche e voltmetriche
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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.
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Ponte diodi• Il ponte diodi serve a
trasformare un segnale a energia alternata in un segnale a energia continua
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Alcuni tipi di LED
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Sistema a LED
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Tester per le misure amperometriche e voltmetriche
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Circuito realizzato per ricavare il grafico corrente-tensione
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RISULTATI SPERIMENTALI
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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
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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
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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
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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
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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
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DISCUSSIONE
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Determinazione della costante di Planck
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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)
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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
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CONCLUSIONI
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• 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
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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
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LICEO ARTISTICO DI SAN GIOVANNI IN FIORE (CS)
CLASSE IV
ANNO SCOLASTICO 2013/14
DOCENTE ANDREA CHECCHETTI
ASSISTENTE DI LABORATORIO GIOVANNI ORLANDO