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3. Descrizione
L'apparecchio per la misura della costante di Planck
serve la determinazione della costante di Planck e
l'estrazione degli elettroni dal catodo al cesio della
fotocellula
secondo
controelettromotrice.
Esso comprende una fotocellula a vuoto, un
voltmetro
per
la
controelettromotrice, un nanoamperometro per la
misurazione della fotocorrente e una sorgente di
tensione per LED. Cinque diodi ad emissione
luminosa (LED) con lunghezza d'onda media
conosciuta
vengono
luminosa a frequenza diversa. L'intensità della luce
emessa può variare da 0 a 100%. La fotocellula è
composta da un catodo vaporizzato al cesio e un
anodo ad anello. Quando l'apparecchio è acceso, fra
questi elettrodi è presente una tensione variabile in
maniera
approssimativa
regolatori.
L'alimentazione di tensione dell'apparecchio è
effettuata mediante l'alimentatore a spina fornito in
dotazione. L'apparecchio per la misura della
costante di Planck con numero articolo U10700-115
è predisposto per una tensione di rete di 115 V (±10
%), mentre quello con numero articolo U10700-230 è
predisposto per una tensione di 230 V (±10 %).
4. Dati tecnici
Fotocellula:
Voltmetro:
Precisione:
Nanoamperometro:
Precisione:
Diodi luminosi:
Dimensioni:
Peso:
5. Principi teorici
La luce del diodo luminoso collegato colpisce il
catodo attraverso l'anodo ad anello, rilasciando
elettroni con energia cinetica
= ⋅ −
E
h f W
kin
. Secondo la teoria del fotoeffetto di Albert Einstein,
= ⋅
E
h f
è l'energia dei fotoni della luce utilizzata.
W è il lavoro di estrazione degli elettroni dal catodo,
cioè l'energia minima necessaria per strappare gli
elettroni dalla superficie metallica. Si tratta di una
grandezza dipendente dal materiale e dalla
temperatura e ammonta per il cesio a 2,14 eV a 0 K e
a circa 2 eV a temperatura ambiente.
A seconda della forza controlettromotrice applicata
fra catodo e anodo, dal catodo all'anodo scorre una
corrente
elettronica
il
metodo
della
forza
misurazione
della
forza
utilizzati
come
sorgente
o
fine
tramite
tipo 1P39, cesio (Cs)
3½ cifre, LCD
0,5 % (normalmente)
3½ cifre, LCD
1 % (normalmente)
472 nm, 505 nm, 525 nm,
588 nm ±611 nm
280x150x130 mm³
ca. 1,3 kg
misurabile
con
nanoamperometro. Se la forza controelettromotrice
corrisponde alla tensione massima U
⋅
=
= ⋅ −
e U
E
h f W
0
kin
allora tale corrente raggiungerà il valore di 0 nA.
In un diagramma
misurate per le diverse frequenze f si trovano su una
retta con inclinazione h e sezione dell'asse y –W.
6.1 Misurazione della tensione massima con
intensità luminosa al 75%.
•
Collegare l'alimentatore.
•
Impostare l'intensità della sorgente luminosa al
75%.
•
Inserire il connettore della prima sorgente
luminosa nel jack di raccordo per LED.
due
•
Premere l'uno contro l'altro i perni di fissaggio
dell'involucro del tubo di alloggiamento della
fotocellula e togliere l'involucro.
•
Inserire interamente la scatola LED sul tubo di
alloggiamento della fotocellula fino a far
scattare i perni di fissaggio.
•
Portare il pulsante di regolazione fine della forza
controelettromotrice in posizione centrale.
•
Attendere un paio di minuti e compensare la
fotocorrente all'incirca a zero con il pulsante di
regolazione approssimativa.
•
Ottimizzare la compensazione zero con il
pulsante di regolazione fine.
•
Annotare la forza controelettromotrice così
impostata come tensione massima U
•
Ripetere la misurazione con gli altri quattro LED.
6.2 Determinazione della costante di Planck h.
Sulla base delle lunghezze d'onda λ indicate,
•
calcolare le frequenze
della luce.
•
Sulla base delle tensioni massime U
e U ⋅ con
energie
•
Registrare i valori rilevati in un diagramma
energia-frequenza.
•
Adeguare la retta ai valori e determinare la costante
di Planck h in base all'inclinazione e il lavoro di
estrazione W in base alla sezione dell'asse Y.
6.3 Dimostrazione
tensione massima dall'intensità luminosa.
•
Selezionare un LED.
•
Impostare l'intensità massima e rilevare la
tensione massima U
•
Ridurre gradualmente l'intensità fino a zero,
il
rilevando ogni volta la tensione massima U
2
con
0
−
=
⋅
19
e
e
1,6021 10 C
e U ⋅ - f, le tensioni massime U
0
6. Funzionamento
c
f =
con
λ
0
=
⋅
−
19
e
1,602 10 C
.
0
dell'indipendenza
.
0
0
.
0
m
c = ⋅
8
3 10
s
, calcolare le
della
.
0
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