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3. Descrição
O aparelho para a constante de Planck serve para a
determinação da constante de Planck h e do
trabalho de saída dos elétrons W do cátodo de césio
da fotocélula segundo o método de tensão inversa.
Ele contém uma fotocélula de vácuo, um voltímetro
para a medição da tensão inversa, um nano
amperímetro para medir o fluxo da corrente
fotoelétrica e uma fonte de alimentação de tensão
para o LED. Como fontes de luz de diferentes
freqüências estão disponíveis cinco diodos emissores
de luz (LED) de comprimento de ondas médio
conhecido. A intensidade da luz emitida pode ser
variada a cada vez entre 0 e 100%. A fotocélula
consiste de um cátodo vaporizado com césio e um
anodo em forma de anel. Com o aparelho ligado
existe uma tensão entre estes eletrodos, que é variada
com dois comutadores em aproximado e fino.
O fornecimento da tensão para o aparelho acontece
através de uma fonte de alimentação fornecida. O
aparelho para a constante de Planck com o número
de item 1000536 / U10700-115 é guarnecido para
uma tensão de rede de 115 V (±10 %), o aparelho com
o número 1000537 / U10700-230 é para 230 V (±10 %).
4. Dados técnicos
Fotocélula:
Voltímetro:
Precisão:
Nano amperímetro:
Precisão:
Diodos luminosos:
Dimensões:
Massa:
5. Fundamentos teóricos
O assim chamado efeito fotoelétrico apresentava no
final do século 19º e no princípio do 20º, quando se
considerava que a física estava quase concluída, um
dos últimos enigmas. A explicação deste fenômeno
não podia ter sucesso com a teoria clássica. Em 1905
Einstein conseguiu a descrição teórica genialmente
simples deste efeito com ajuda da teoria quântica
introduzida por Max Planck. Ele assumiu que a luz se
compunha de partículas, os assim chamados fótons.
A energia E, destes fótons (quanta de luz) deveria ser
diretamente proporcional para a sua frequência f e o
valor do seu impulso p indiretamente proporcional
para o comprimento de onda λ:
=
⋅
⋅
=
λ
E
h
f
p
h
/
Nisto a constante de proporcionalidade h é o efeito
quantum de Planck. Isto significa que a energia em
forma de radiação eletromagnética somente pode
entregar quanta em pequenos pacotes. Esta grandeza
mínima é dependente da frequência. A constante de
Planck é uma constante fundamental da natureza e
tem o valor exato h = 6,62606896*10
Na experiência a luz do diodo luminoso conectado
incide através do anodo em forma de anel sobre o
cátodo. Se um elétron for atingido por um fóton, no
Tipo 1P39, césio (Cs)
3½ Dígitos, LCD
0,5 % (típico)
3½ Dígitos, LCD
1 % (típico)
472 nm, 505 nm, 525 nm,
588 nm, 611 nm
280x150x130 mm³
aprox. 1,3 kg
-34
Js.
efeito fotoelétrico o fóton entrega para aquele toda
= ⋅ ). Uma parte da energia será
a sua energia ( E
h f
necessária para tirar o elétron para fora da superfície
metálica (trabalho de saída W). O resto da energia
está à disposição do elétron como energia cinética:
= ⋅ −
E
h f W
.
kin
O trabalho de saída é uma grandeza dependente do
material e da temperatura e vale para césio 2,14 eV
em 0 K e aprox. 2 eV em temperatura de ambiente.
Dependendo da tensão inversa aplicada entre o
cátodo e o anodo, uma corrente de elétrons flui
entre o cátodo para o anodo, que é medido com um
nano amperímetro. Se a tensão inversa equivale a
tensão limite U
com
0,
⋅
=
= ⋅ −
e U
E
h f W
0
kin
esta corrente alcança o valor de 0 nA.
e U ⋅ - f, se situam as tensões limites
Num diagrama
0
U
medidas para diferentes freqüências f numa reta
0
com a subida h e o corte axial y-, W. Para cada
material catódico o corte axial y é diferente para a
reta
correspondente.
independente do material catódico.
6. Operação
6.1 Medição das tensões limites na intensidade
luminosa de 75%.
•
Para o fornecimento de tensão conectar a fonte
de alimentação.
•
Ajustar a intensidade luminosa para 75%.
•
Inserir o conector da primeira fonte de luz na
tomada de conexão para LED.
•
Comprimir os pinos de pregar da caixa vazia no
tubo de recepção e puxar a caixa vazia para
baixo.
•
Empurrar a caixa de LED completamente sobre o
tubo de recepção da fotocélula até que
encaixem os pinos de pregar.
•
Levar o botão de ajuste fino para a tensão
inversa para a posição central.
Indicação: na primeira medição é recomendável
esperar alguns minutos, antes que se comece com a
regulagem da tensão limite.
•
Girar lentamente o botão de ajuste aproximativo
até que a corrente fotoelétrica no nano
amperímetro atinja aproximadamente 0.
•
Com o botão de ajuste fino aperfeiçoar a
regulagem. Nisto girar o botão de ajuste fino de
tal maneira, que o indicador mude entre 0 e -0.
•
Anotar a tensão inversa
como sendo a tensão limite U
•
Repetir as medições com os restantes quatro
LED.
•
Após da experiência recolocar a tampa de
proteção de plástico por sobre o tubo de entrada
do LED.
2
−
=
⋅
19
e
e
1,6021 10 C
A
subida
da
reta
obtida desta maneira
,
.
0
é
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