2.6. Aktivnosti za samostalno učenje

Zadatak je eksperimentalno procijeniti iznos Planckove konstante.

Koristit ćemo:

• crvenu, žutu, zelenu i plavu svjetleću diodu
• otpornik 100 Ω
• spojne žice
• izvor napona (sa regulacijom)
• ispitnu pločicu
• ampermetar
• voltmetar.

Procjenimo iznos Planckove konstante eksperimentom.

Koristiti ćemo:

• crvenu, žutu, zelenu i plavu svjetleću diodu
• otpornik 100 Ω
• spojne žice
• izvor napona (sa regulacijom)
• ispitnu pločicu
• ampermetar
• voltmetar.

Osnovni strujni krug se sastavlja prema prema shemi:

Osnovni strujni krug se sastavlja prema prema shemi:

Možemo i sve 4 svjetleće diode odjedanput spojiti na testnoj pločici i izvoditi mjerenja redom, za svaku od svjetlećih dioda. Diode se spajaju na sljedeći način:

Možemo sve 4 svjetleće diode odjedanput spojiti na testnoj pločici.

Možemo izvoditi mjerenja redom za svaku od svjetlećih dioda.

Diode se spajaju na sljedeći način:

Na diodu je u seriju spojen otpornik od 100 Ω kako bi ograničili struju. Kroz našu diodu ne smije proći više od 20 mA.

Pri izvođenju eksperimenta kao indikatori koriste se posebne vrste izvora svjetlosti – LED diode. Tijekom prolaza električne struje poluvodičkom diodom u dodirnom NP – sloju stalno se rekombiniraju slobodni elektroni i šupljine. Pritom se u nekim poluvodičima pri rekombinaciji oslobođena energija pretvara u svjetlost. Takve se diode nazivaju svjetleće diode. LED (Light Emiting Diode) rade na načelu unutarnjeg fotoelektričnog efekta.

Na diodu je u seriju spojen otpornik od 100 Ω kako bi ograničili struju.

Kroz našu diodu ne smije proći više od 20 mA.

Pri izvođenju eksperimenta kao indikatori koriste se posebne vrste izvora svjetlosti – LED diode.

Tijekom prolaza električne struje poluvodičkom diodom u dodirnom NP – sloju stalno se rekombiniraju slobodni elektroni i šupljine.

Pritom se u nekim poluvodičima pri rekombinaciji oslobođena energija pretvara u svjetlost.

Takve se diode nazivaju svjetleće diode.

LED (Light Emiting Diode) rade na načelu unutarnjeg fotoelektričnog efekta.

Pogledajmo prvi dio našeg pokusa. Na osnovu snimke pokusa trebate:

Pogledajmo prvi dio našeg pokusa.

Na osnovu snimke pokusa trebate:

Pogledajte mjerenja redom za crvenu, žutu, zelenu i plavu LED i upišite parove vrijednosti napona i jakosti struja u tablicu.

Očitane parove vrijednosti struje i napona unesite u tablicu koju možete napraviti u programu Microsoft Excel. Predložak za tablicu priložen je ovdje:

Pogledajte mjerenja redom za:

• crvenu LED
• žutu LED
• zelenu LED
• plavu LED.

Upišite parove vrijednosti napona (U) i jakosti (I) struja u tablicu.

Učitane parove vrijednosti struje i napona unesite u tablicu.

Tablicu možete napraviti u programu Microsoft Excel.

Predložak za tablicu priložen je ovdje:

Prema podatcima koje ste unijeli u tablicu nacrtajte strujno naponske karakteristike svake od svjetlećih dioda (na istom grafu).

Nacrtajte strujno naponske karakteristike svake od svjetlećih dioda prema podatcima koje ste unijeli u tablicu (na istom grafu).

Kako biste mogli izračunati vrijednost Planckove konstante moraju vam biti poznate valne duljine svjetlosti koje emitiraju svjetleće diode. Da biste to napravili, izvest ćemo nova mjerenja.

Upotrijebit ćemo optičku rešetku poznate konstante. Rešetka koja se koristi u mjerenjima ima 100 pukotina po jednom milimetru.

Na slici je shematski prikaz pokusa u kojem se određuje valna duljina izvora svjetlosti.

Kako biste mogli izračunati vrijednost Planckove konstante moraju vam biti poznate valne duljine svjetlosti koje emitiraju svjetleće diode.

Da biste to napravili, izvest ćemo nova mjerenja.

Upotrijebit ćemo optičku rešetku, poznate konstante.

Rešetka koja se koristi u mjerenjima ima 500 pukotina po jednom milimetru.

Na slici je shematski prikaz pokusa u kojem se određuje valna duljina izvora svjetlosti.

Potrebna mjerenja možete očitati ako pogledate snimke mjerenja za svaku od svjetlećih dioda.

Potrebna mjerenja možete očitati ako pogledate snimke mjerenja za svaku od svjetlećih dioda.

Udaljenost rešetke i svjetleće diode u snimci pokusa iznosi

y = 50 cm.

Nakon što ste odredili valne duljine koje emitiraju svjetleće diode, izračunajte i pripadne frekvencije. Podatke unesite u tablicu.

Udaljenost rešetke i svjetleće diode u snimci pokusa iznosi

y = 40 cm.

Pogledajte snimku pokusa.

Očitajte potrebna mjerenja za svaku od svjetlećih dioda.

Odredite valne duljine koje emitiraju svjetleće diode.

Izračunajte i pripadne frekvencije.

Unesite podatke u tablicu.

Energija fotona proporcionalna je frekvenciji. Koeficijent proporcionalnosti je jedna od osnovnih fizikalnih konstanti, Planckova konstanta $$\bf{h=6,626 \cdot 10^{-34}}$$.

$$E=\mathrm{h}f$$

Planckova konstanta može se odrediti mjerenjem energije fotona koje emitrira LED.
LED pri određenom istosmjernom naponu počinje emitirati svjetlost. Energija kod koje je svjetlost određene boje najintenzivnija, približno je jednaka:

$$E=\mathrm{e}U_{\mathrm d}$$

gdje je $$U_{\mathrm d}$$ napon na diodi upravo kada počne svijetliti, a $$\mathrm{e} = 1,602 \cdot 10^{-19}$$ naboj elektrona. Pogledajte ponovno snimku pokusa i pokušajte što točnije utvrditi upravo kada svjetleća dioda počne svijetliti i očitajte probojni napon. Ponovite očitavanja za preostale svjetleće diode i podatke unesite u tablicu.

Konačno, Planckovu konstantu možemo izračunati iz izraza:

$$\text{h}=\dfrac{\mathrm{e}U_{\mathrm d}}{f}$$

Energija fotona proporcionalna je frekvenciji.

Koeficijent proporcionalnosti je jedna od osnovnih fizikalnih konstanti.

Planckova konstanta $$\bf{h=6,626 \cdot 10^{-34}}$$.

$$E=\mathrm{h}f$$

Planckova konstanta može se odrediti mjerenjem energije fotona koje emitrira LED.

LED pri određenom istosmjernom naponu počinje emitirati svjetlost.

Energija kod koje je svjetlost određene boje najintenzivnija, približno je jednaka:

$$E=\mathrm{e}U_d$$

gdje je $$\bm{U}_{\bf d}$$ napon na diodi upravo kad počne svijetliti, a $$\bf{e = 1,602 \cdot 10^{-19}}$$, naboj elektrona.

Pogledajte ponovno snimku pokusa.

Pokušajte što točnije utvrditi upravo kad svjetleća dioda počne svijetliti.

Očitajte probojni napon.

Ponovite očitavanja za preostale svjetleće diode.

Podatke unesite u tablicu.

Planckovu konstantu možemo izračunati iz izraza:

$$\text{h}=\dfrac{\mathrm{e}U_{\mathrm d}}{f}$$

Koliko iznosi srednja vrijednost eksperimentalno određene Planckove konstante? Odredite odstupanje u odnosu na teorijsku vrijednost Planckove konstante.

$$\mathrm h=\underline{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\operatorname{Js}$$

Odstupanje                               %

Koliko iznosi srednja vrijednost eksperimentalno određene Planckove konstante?

Odredite odstupanje u odnosu na teorijsku vrijednost Planckove konstante.

$$\mathrm h=\underline{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }\operatorname{Js}$$

Odstupanje                               %

LED tehnologija je danas sveprisutna. Proširila se u svim oblicima rasvjete, uključujući i javnu rasvjetu. LED tehnologija se koristi i u optičkim komunikacijama. Upotrebljavaju se kao indikatori na signalnim pločama različitih uređaja, kao pokazivači na zaslonima kalkulatora i sastavni su dio elektroničkih krugova kod daljinskih prijenosa signala.

Istražite samostalno još neke primjene LED tehnologije.

LED tehnologija je danas sveprisutna.

Proširila se u svim oblicima rasvjete, uključujući i javnu rasvjetu.

LED tehnologija se koristi i u optičkim komunikacijama.

Upotrebljavaju se:

• kao indikatori na signalnim pločama različitih uređaja
• kao pokazivači na zaslonima kalkulatora
• sastavni su dio elektroničkih krugova kod daljinskih prijenosa signala.

Istražite samostalno još neke primjene LED tehnologije.

LED (svjetleće diode) elektroničke elemente koji električnu energiju pretvaraju u svjetlosnu koristimo svakodnevno. 

Osim njih, u jedinici Valno-čestični model zračenja spomenuli smo fotodiode, elektronički element koji na načelu unutarnjeg fotoelektričnog učinka radi kao pretvarač svjetlosne energije u električnu.

Proučite fizičko načelo rada LED i fotodiode te priredite prezentaciju u kojoj ćete ih opisati. Popratite opisima primjene ove tehnologije i objasnite primjenu ostalim učenicima u razredu.

LED (svjetleće diode) su elektronički elementi koji električnu energiju pretvaraju u svjetlosnu energiju.

Koristimo ih svakodnevno. 

U jedinici Valno-čestični model zračenja spomenuli smo fotodiode.

Fotodiode su elektronički element.

Na načelu unutarnjeg fotoelektričnog učinka radi kao pretvarač svjetlosne energije u električnu.

Proučite fizičko načelo rada LED i fotodiode.

Priredite prezentaciju u kojoj ćete ih opisati.

Popratite opisima primjene ove tehnologije.

Objasnite primjenu ostalim učenicima u razredu.