Puoi misurare questa costante quantistica fondamentale usando i LED

(Spesso, ai fisici piace essere cool. Il più delle volte, usiamo la lettera greca ν (non è v) per la frequenza. Sembra solo più sofisticato scriverlo in questo modo.)

Con questa connessione tra lunghezza d’onda e frequenza, otteniamo questa equazione energetica modificata:

Illustrazione: Rhett Allain

Risulta che è più semplice pensare all’interazione tra luce e materia in termini di lunghezze d’onda piuttosto che di frequenza.

OK, tutto questo era solo un’impostazione per un metodo sperimentale per determinare il valore della costante di Planck. L’idea di base qui è quella di utilizzare i colori di un LED illuminato per dimostrare questa relazione energia-lunghezza d’onda. Se riesco a trovare la quantità di energia necessaria per produrre la luce, nonché la lunghezza d’onda (in altre parole, il colore) della luce prodotta, posso determinare h.

Ci sono alcuni piccoli trucchi coinvolti, quindi andiamoci.

Energia e LED

I LED sono ovunque. Quella torcia sul tuo smartphone e quella nuova lampadina che hai in casa sono entrambe LED. La luce rossa sulla parte anteriore del televisore: è un LED. Anche il telecomando utilizza un LED (sebbene sia a infrarossi). I LED sono disponibili in diversi colori. Puoi facilmente trovare rosso, giallo, verde, blu, viola e altro ancora.

Il LED è un dispositivo a semiconduttore con un gap energetico, spesso chiamato band gap. Quando il LED è collegato a un circuito, avvia un flusso di elettroni. Il gap energetico è proprio come quella transizione energetica nell’atomo di idrogeno. Gli elettroni possono esistere su entrambi i lati del band gap, ma non nel mezzo. Se un elettrone ha l’energia giusta, può saltare attraverso il band gap. E poiché l’elettrone perde energia nel fare il salto, produce luce. La lunghezza d’onda, o colore, di questa luce dipende dalla dimensione di quella banda proibita.

Se colleghi un LED a una singola batteria D con una tensione di 1,5 volt, non succede nulla. È necessario aumentare la tensione fino a un certo valore per far illuminare il LED: questo è chiamato forward. I LED rossi di solito richiedono circa 1,8 volt e il blu richiede circa 3,2 volt.

Misuriamo effettivamente questo valore. Ecco la mia configurazione sperimentale. Ho un alimentatore variabile collegato a un LED. Posso aumentare lentamente la tensione e misurare la corrente elettrica. Quando la corrente inizia ad aumentare, allora sarai in grado di vedere la luce visibile.

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