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 Emitting Diodes (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. Alcuni 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
IF = 0,7673Vg - 1,3632
R² = 0,999
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
MILLIAMPERE
VOLT
linea di tendenza del tratto lineare della curva del led rosso
led rosso Linear (led rosso)
Tratto lineare della curva sperimentale

17. CURVA CARATTERISTICA DEL LED BLU
IF = 0,9387Vg - 3,1616
R² = 0,9957
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
MILLIAMPERE
VOLT
linea di tendenza del tratto lineare della curva del led blu
led blu Linear (led blu)
Tratto lineare della curva sperimentale

18. CURVA CARATTERISTICA DEL LED GIALLO
IF = 0,8893Vg - 1,8268
R² = 0,9945
0
2
4
6
8
10
12
0 2 4 6 8 10 12 14 16
MILLIAPERE
VOLT
linea di tendenza del tratto lineare della curva del led giallo
led giallo Linear (led giallo)
Tratto lineare della curva sperimentale

19. CURVA CARATTERISTICA DEL LED VERDE
IF = 0,90Vg - 1,85
R² = 1,00
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
MILLIAMPERE
VOLT
linea di tendenza del tratto lineare della curva del led verde
led verde Linear (led verde)
Tratto lineare della curva sperimentale

20. DISCUSSIONE

21. Determinazione della costante di Planck

22. 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)

23. Errore %, valore medio
LED h(Jxs) Errore % Valore medio di h Errore %
ROSSO 6.278x10(-34) 5,25
6,519X10(-34) 1,61
GIALLO 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

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
(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

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_costant
e_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.ht
m#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