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3. Descripción
El aparato de la constante de Planck sirve para la
medición de la constante de Planck h y del trabajo
de extracción de electrones del cátodo de cesio de la
fotocélula,
por
medio
contratensión.
Éste aparato lleva una fotocélula al vacío, un
nanoamperímetro para la medición de la corriente
fotoeléctrica y una fuente de alimentación para los
LEDs. Como fuente de luz para diferentes frecuencias,
se tienen a disposición cinco diodos emisores de luz de
longitud de onda promedio conocida (LED). La
intensidad de la luz emitida se puede variar entre 0% y
100% sin saltos. La fotocélula está compuesta de un
cátodo metalizado por vaporización con cesio (Cs) y un
ánodo en forma de anillo. Cuando el aparato está
conectado se tiene una tensión entre esos electrodos, la
cual se puede variar burda y finamente por medio de
dos botones de ajuste.
La alimentación de tensión del aparato se realiza por
medio de la fuente de tensión enchufable que se
entrega. El aparato de la constante de Planck con el
número de artículo U10700-115 está diseñado para
una tensión de red de 115 V (±10 %), el aparato con
el número U10700-230 para 230 V (±10 %).
4. Datos técnicos
Fotocélula:
Voltímetro:
Exactitud:
Nanoamperímetro:
Exactitud:
Diodos luminosos:
Dimensiones:
Masa:
5. Fundamentos teóricos
La luz del diodo luminoso conectado incide sobre el
cátodo de Cs a través del ánodo en forma de anillo y
libera allí electrones con la energía cinética
= ⋅ −
E
h f W
.
kin
= ⋅
Siendo E
h f
la energía de los fotones de la luz
aplicada, de acuerdo con la teoría del efecto
fotoeléctrico de Albert Einstein.
W es el trabajo de extracción de los electrones den
cátodo, es decir, la energía mínima necesaria para
extraer los electrones de la superficie del metal. Esta es
una magnitud que depende del material del cátodo y
de la temperatura, para el cesio (Cs) es de 2,14 eV para
0 K y de aprox. 2 eV para temperatura ambiente.
Dependiendo de la contratensión aplicada entre el
cátodo y el ánodo, fluye una corriente de electrones
del cátodo hacia el ánodo, la cual se mide con el
nanoamperímetro. Si la contratensión corresponde a
del
método
de
Tipo 1P39, Cesio (Cs)
3½ dígitos, LCD
0,5 % (típica)
3½ dígitos, LCD
1 % (típica)
472 nm, 505 nm, 525 nm,
588 nm, 611 nm
280x150x130 mm³
aprox. 1,3 kg
la tensión límite U
⋅
=
= ⋅ −
e U
E
h f W
0
kin
llega así esta corriente al valor 0 nA.
e U ⋅ - f los valores de U
En un diagrama
la
diferentes frecuencias f se encuentran en una recta de
pendiente h y con un corte del eje-y igual a –W.
6.1 Medición de las tensiones límite con 75% de
la intensidad de la luz.
•
Para realizar el suministro de tensión se conecta
la fuente.
•
La intensidad de la fuente de luz se ajusta en 75%.
•
La clavija de la primera fuente de luz se conecta
en el casquillo para LED.
•
Se aprietan las clavijas de sujeción de la carcasa
vacía en el tubo de alojamiento de la fotocélula
y se retira la carcasa vacía.
•
Se desliza completamente la carcasa del LED en
el tubo de alojamiento de la fotocélula hasta
que las clavijas de sujeción encajen.
•
El botón de ajuste fino para la contratensión se
lleva a la posición intermedia.
•
Se espera un par de minutos y la corriente de
fotones se compensa a cero aproximadamente,
con el botón de ajuste burdo.
•
Con el ajuste fino se optimiza la compensación a cero.
•
La contratensión ajustada en esta forma se
anota como tensión límite U
•
Se repite la medición con los siguientes cuatro LEDs.
6.2 Determinación de la constante de Planck h.
Con las longitudes de onda λ impresas se
•
calculan las frecuencias de la luz
m
c = ⋅
8
3 10
s
•
Con las tensiones límite
e U ⋅ tomando
energías
•
Los valores determinados se anotan en un
diagrama •Energía - Frecuencia".
•
Se ajustan los valores con la recta y se determina
la constante de Planck
pendiente y el trabajo de extracción W del corte
de la recta con la eje-y.
6.3 Comprobación de la independencia de la
tensión límite con la intensidad de la luz.
•
Se selecciona un LED.
•
Se ajusta la intensidad máxima y se determina la
tensión límite U
•
Se reduce paso a paso la intensidad de la luz y
cada vez se determina la tensión límite U
2
con
0
=
⋅
y
e
1,6021 10 C
medidos para
0
0
6. Manejo
.
0
.
U
se calculan las
0
=
⋅
e
1,602 10 C
0
h a partir de la
.
0
−
19
c
f =
con
λ
−
19
.
.
0
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