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