Esperienza n 6: COSTANTE di PLANCK

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1 Laboratorio IV Esperienza n 6: COSTANTE di PLANCK Esperienza n 6: COSTANTE di PLANCK Misura della ostante di Plank Inviando su un fotoatodo fotoni di energia hν, vengono estratti elettroni on una energia inetia massima (effetto fotoelettrio) data dalla relazione: hν = mv + U on m massa e v veloità dell elettrone usente dal metallo. Con U si intende l energia spesa per estrarre l elettrone dal metallo del fotoatodo. Disponendo di due sorgenti di lue monoromatia di frequenze ν e ν, si puo ottenere una relazione fra le frequenze delle lui usate e le energie inetihe in ui non ompare piu l energia di estrazione U: ( ν ) = m( v ) h ν v () La differenza di energia inetia puo essere valutata individuando il ampo elettrio in grado di fermare gli elettroni. Per questo esperimento si usa un ampolla di vetro in ui: - è stato fatto il vuoto - si e messo un fotoatodo a base di esio (il esio ha un potenziale di estrazione molto basso) - si e inserito un anello ome anodo. Illuminando il fotoatodo si ha un passaggio di elettroni dal fotoatodo all anodo. Un nanoamperometro ha sensibilità suffiiente a misurare questa orrente. Appliando una tensione suffiientemente negativa all anodo rispetto al fotoatodo, gli elettroni sono tutti respinti e non si ha più passaggio di orrente. Regolando la tensione del ontroampo, partendo da zero, si può raggiungere una V tale da respingere anhe gli elettroni più veloi ioè: quindi sostituendo nella () si ottiene: ev = mv on e aria dell elettrone h ( ν ν ) = e( V ) V Conosendo le frequenze e avendo misurato le tensioni di ontroampo, di qui si può riavare la ostante di Plank.

2 Laboratorio IV Esperienza n 6: COSTANTE di PLANCK Si dispone di: - alimentatore stabilizzato da 0 V - tester digitale - fotoellula - nanoamperometro - pila da 3 V per ontroampo - 4 laser - serie di led on le seguenti aratteristihe: Led Colore λ pio (nm) 757 blu blu Verde Verde puro Giallo Aranio Aranio Rosso H.E Rosso 644 L apparato è rappresentato in fig. e già montato in una satola metallia (fig. ) per shermare dalla lue ed eventuali rumori elettromagnetii he falserebbero la misura. Lampada ondensatore ottio filtro fotoellula anodo atodo 3.5 A V 500 k 0 k 3 V V Fig. Apparato per riavare la ostante di Plank -,5 V

3 Laboratorio IV Esperienza n 6: COSTANTE di PLANCK 3 I morsetti sul retro della satola non vanno usati se non on la presenza di un assistente (questi morsetti servono a risaldare l anello di anodo e fare evaporare gli atomi di esio he possono essersi depositati per evaporazione dal atodo). Fig. Apparato sperimentale per determinare la ostante di Plank La orrente neessaria per questa operazione è di, A per una durata massima di 0 seondi. La neessità di questa operazione è rivelata da una orrente inversa elevata, ma prima assiurarsi he la lue non olpisa direttamente l anodo sistemando in modo opportuno gli shermi posti davanti alla fotoellula. Per misurare la orrente he passa nella fotoellula si utilizza un pioamperometro he va impostato nel modo seguente: sensibilita 0,pA (00.XXXXnA) AVG on MEDM on A zero on ZCHK abilitato Per misurare la tensione di ontroampo si fa uso di un tester digitale a 4 ifre. La pila da 3 V va tenuta ollegata anhe dopo la fine della misura e la fotoellula va lasiata a tensione 3 V. Il pioamperometro va lasiato sempre aeso.

4 Laboratorio IV Esperienza n 6: COSTANTE di PLANCK 4 Misure Misurare prima di tutto, on lo spettrofotometro Avaspe gli spettri di emissione dei vari led. Per ogni led individuare la lunghezza d onda media e alolare la frequenza orrispondente. Inserire nell apposito supporto un led e misurare il passaggio di orrente nella fotoellula V ontro ampo I anodo 0, , Si onsiglia di mettere subito il ontroampo (tensione negativa sull anodo) e prendere dati da zero a 3 V on gradini di 00 mv. Prendere nota della tensione di ontroampo he manda a zero la orrente. Per un erto valore di ontroampo la orrente diventa (quasi) ostante: puo diventare zero o un po negativa. Considerare il valore V in ui la orrente ominia a diventare (quasi) ostante: far passare una retta per gli ultimi 4-5 punti e individuare il punto in ui la retta si sosta dai dati. Valutare l errore su questo punto (sarà siuramente molto grande). Grafiare la orrente I in funzione della tensione di ontroampo ome in Fig.3: I orrente V V ontroampo Fig. 3 Corrente della fotoellula in funzione della tensione di ontroampo Eseguire la stessa operazione per tutti i led disponibili. Costruire il grafio di V ome funzione di ν media ( fig. 4) lasiata passare dai led on gli errori.

5 Laboratorio IV Esperienza n 6: COSTANTE di PLANCK 5 Con il metodo dei minimi quadrati trovare la retta di best fit ioe la retta he approssima meglio i punti trovati. Riavare quindi la ostante di Plank on il suo errore: e h = ( ) V V ν ν V ν media Fig. 4 Tensione di ontroampo vs frequenza lue inidente