Determinazione sperimentale della costante di planck

In un laboratorio scolastico attraverso un apparato costruito in loco sono state effettuate misure tensio-amperometriche da cui è stata ricavata la costante di Planck

1. Determinazione sperimentale della costante di Planck Light E mitting D iodes ( LEDs )

2. Introduzione

3. 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.

4. 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

5. 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

6. Parte sperimentale

7. Strumentazione Alimentatore Ponte diodi Sistema a led Tester per misure amperometriche e voltmetriche

8. 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.

9. Ponte diodi Il ponte diodi serve a trasformare un segnale a energia alternata in un segnale a energia continua

10. A lcuni tipi di LED

11. Sistema a LED

12. Tester per le misure amperometriche e voltmetriche

13. Circuito realizzato per ricavare il grafico corrente-tensione

14. Risultati sperimentali

15. 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

16. Curva caratteristica del led rosso Tratto lineare della curva sperimentale

17. Curva caratteristica del led blu Tratto lineare della curva sperimentale

18. Curva caratteristica del led giallo Tratto lineare della curva sperimentale

19. Curva caratteristica del led verde Tratto lineare della curva sperimentale

20. discussione

21. Determinazione della costante di Planck

22. v alori sperimentali della costante di P lanck LED R serie ( Ω ) V g (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)

23. Errore %, valore medio LED h( Jxs ) Errore % Valore medio di h Errore % ROSSO 6.278x10 (-34) 5,25 6,519X 10 (-34) 1,61 GIALLO 6.581x10 (-34) 0,68 VERDE 6.200x10 (-34) 6,43 BLU 7,02x10 (-34) 5,95 Errore in percentuale= ( Valore teorico – Valore sperimentale / Valore teorico )x100 Valore medio =∑ valori sperimentali /4

24. conclusioni

25. 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 ( V soglia ) 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 emess i

26. 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

27. Liceo Artistico di san giovanni in fiore ( cs ) Classe iV Anno scolastico 2013/14 Docente Andrea Checchetti Assistente di laboratorio giovanni orlando