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3. Descrizione
L'apparecchio per la misura della costante di Planck
serve la determinazione della costante di Planck h e
l'estrazione degli elettroni W 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 1000536 /
U10700-115 è predisposto per una tensione di rete di
115 V (±10 %), mentre quello con numero articolo
1000537 / 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
Il cosiddetto effetto fotoelettrico rappresentò tra la
fine del XIX e l'inizio del XX secolo, quando si ritenne
la fisica praticamente completata, uno degli ultimi
enigmi. La spiegazione di questo fenomeno non era
possibile con la teoria classica. Nel 1905, Einstein
riuscì fornirne una spiegazione teorica semplice e
geniale servendosi della teoria quantica introdotta
da Max Planck. Egli supponeva che la luce
consistesse di particelle, dette fotoni. L'energia E di
tale
fotoni
(quanti
direttamente proporzionale alla relativa frequenza f
e
la
durata
dell'impulso
proporzionale alla lunghezza d'onda λ:
=
⋅
⋅
=
λ
E
h
f
p
h
/
La costante di proporzionalità h è proprio la costante
di Planck. Ciò significa che l'energia sotto forma di
radiazione elettromagnetica può essere propagata
solo in piccoli pacchetti, definiti quanti. Questa
grandezza minima dipende dalla frequenza. La
costante di Planck è una costante naturale
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
di
luce)
doveva
essere
p
indirettamente
fondamentale e ha un valore preciso h =
6,62606896*10
Nell'esperimento, la luce del diodo luminoso
collegato giunge sul catodo attraverso un anodo ad
anello. Se un elettrone viene colpito da un fotone,
per l'effetto fotoelettrico quest'ultimo rilascia tutta
la propria energia ( E
serve a strappare l'elettrone dalla superficie
metallica (lavoro di estrazione W), mentre il resto è
disponibile all'elettrone come energia cinetica:
= ⋅ −
E
h f W
kin
Il lavoro di estrazione 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
due
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. Per
ciascun materiale catodico, la sezione dell'asse y
della retta corrispondente è diversa. L'incremento
della retta è indipendente dal materiale catodico.
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.
•
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.
Nota: è consigliabile, durante la prima misurazione,
attendere un paio di minuti prima di iniziare a
regolare la tensione massima.
•
Ruotare lentamente il regolatore approssimativo
fino
a
nanoamperometro non sarà circa 0.
•
Ottimizzare la regolazione con il regolatore fine.
A tale scopo, ruotare il regolatore fine fino a
quando l'indicatore non cambia da 0 a -0.
•
Annotare la forza controelettromotrice così
impostata come tensione massima U
•
Ripetere la misurazione con gli altri quattro LED.
•
Dopo l'esperimento reinserire l'alloggiamento in
plastica sul tubo del LED.
2
-34
Js.
= ⋅ ). Una parte dell'energia
h f
misurabile
con
0
−
=
⋅
19
e
e
1,6021 10 C
e U ⋅ - f, le tensioni massime U
0
6. Funzionamento
quando
la
fotocorrente
con
il
0
nel
.
0
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