Laboratorium podstaw fizyki

Autor sprawozdania:	Maciej Woźniak
Numer indeksu:	218467
Godzina zajęć:	9:15
Data zajęć:	15.12.2015
Prowadzący zajęcia:	mgr inż. Łukasz W. Gołacki

Sprawozdanie

Ćw. Nr 48

Wyznaczanie stałej Plancka na podstawie charakterystyki diody elektroluminescenycyjnej

1. Wstęp teoretyczny

Stała Plancka (oznaczana przez h) jest jedną z podstawowych stałych fizycznych. Ma wymiar działania, pojawia się w większości równań mechaniki kwantowej.

Historycznie stała Plancka pojawiła się w pracy Maxa Plancka na temat wyjaśnienia przyczyn tzw. katastrofy w nadfiolecie w prawie promieniowania ciała doskonale czarnego. Planck stwierdził, że energia nie może być wypromieniowywana w dowolnych ciągłych ilościach, a jedynie w postaci "paczek" (kwantów) o wartości hν, gdzie ν jest częstotliwością.

Stała Plancka w układzie SI jest równa ħ = 6,626 069 57(29)·10^–34 J·s = 4,135 667 516(91)·10^–15 eV·s

Dioda elektroluminescencyjna – dioda zaliczana do półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych, emitujących promieniowanie w zakresie światła widzialnego, podczerwieni i ultrafioletu.

Do produkcji weszła w latach sześćdziesiątych w formie opracowanej przez amerykańskiego inżyniera Nicka Holonyaka juniora, który jest uważany za jej wynalazcę.

Możliwe jest, że została wynaleziona już wcześniej, w latach 20. XX wieku. Radziecki technik radiowy Oleg Łosiew zauważył, że diody ostrzowe używane w odbiornikach radiowych emitują światło, w latach 1927–30 opublikował łącznie 16 artykułów opisujących działanie diod elektroluminescencyjnych.

1. Cel ćwiczenia

Pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej diody elektroluminescencyjnej w kierunku przewodzenia. Wyznaczenie długości fali promieniowania emitowanego przez diodę elektroluminescencyjną. Obliczenie stałej Plancka.

1. Wyniki pomiarowe

Dioda czerwona:

Tabela 1. Wyniki pomiarowe dla diody czerwonej.

Lp.	U[V]	u(U)[V]	I[mA]	u(I)[mA]	λ[nm]	u(λ)[nm]	Ub[V]	uc(Ub)[V]	h[J*s]	U(h)[J*s]
1	0,1065	0,0012	0	0,030	635	10	1,9238	0,091	6,5153	0,33
2	0,1662	0,0017	0,04	0,031
3	1,842	0,019	2,51	0,066
4	1,888	0,019	5,03	0,10
5	1,918	0,020	7,53	0,14
6	1,941	0,020	10,02	0,17
7	1,96	0,020	12,49	0,21
8	1,976	0,020	15,03	0,24
9	1,989	0,020	17,53	0,28
10	2,001	0,020	20,02	0,31
11	2,012	0,021	22,49	0,35
12	2,022	0,021	25,01	0,38
13	2,037	0,021	28,85	0,44

Rysunek 1. Charakterystyka prądowo-napięciowa dla diody czerwonej.

Z regresji liniowej otrzymano współczynniki a i b, dzięki którym można obliczyć U_b.

a_c=0,2545 u(a_c)=0,0011 b_c=-0,4896 u(b_c)=0,0023

Dioda niebieska:

Tabela 2. Wyniki pomiarowe dla diody niebieskiej.

Lp.	U[V]	u(U)[V]	I[mA]	u(I)[mA]	λ[nm]	u(λ)[nm]	Ub[V]	uc(Ub)[V]	h[J*s]	U(h)[J*s]
1	0,137	0,0015	0	0,030	470	10	2,9621	0,028	7,45	0,18
2	2,728	0,027	0,33	0,035
3	2,854	0,028	1,51	0,052
4	2,933	0,029	3,02	0,073
5	2,988	0,029	4,53	0,094
6	3,033	0,030	6,01	0,12
7	3,071	0,030	7,53	0,14
8	3,106	0,030	9,04	0,16
9	3,136	0,031	10,54	0,18
10	3,166	0,031	12,04	0,20
11	3,192	0,031	13,51	0,22
12	3,219	0,031	15,06	0,25
13	3,248	0,032	16,76	0,27

Rysunek 2. Charakterystyka prądowo-napięciowa dla diody niebieskiej.

Z regresji liniowej otrzymano współczynniki a i b, dzięki którym można obliczyć U_b.

a_n=0,0580 u(a_n)=0,00035 b_n=-0,1718 u(b_n)=0,0012

1. Wnioski

Założone cele zostały zrealizowane. Obliczone stałe Plancka różnią się od rzeczywistej wartości. Jednakże rząd wielkości, który wynosi 10^-34 wskazuje, że można przyjąć je za poprawne. Błędy mogły być spowodowane pomiarem długości fali czerwonej i niebieskiej, gdyż pomiaru dokonywano ludzkim okiem.