Stała Plancka - Stanowisko Dydaktyczne EXP500040 (Fizyka)
Stała Plancka (oznaczana przez h) – jedna 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.
Zestaw edukacyjny - fizyka. Prezentacja efektu fotoelektrycznego, czyli emisji elektronów przez materiał metalowy, gdy ten zostanie wystawiony na promieniowanie elektromagnetyczne o wystarczająco wysokiej częstotliwości, jest sposobem na przedstawienie i lepsze zrozumienie cząsteczkowego aspektu światła. Zaproponowany eksperyment, przy użyciu komórki fotoelektrycznej, wysokoprężnej spektralnej lampy rtęciowej oraz mikroamperomierza, ma na celu prezentację efektu fotoelektrycznego, weryfikację równania Einsteina oraz przećwiczenie pomiaru stałej Plancka. Zestaw wyposażono w fotokomórkę o zakresie spektralnym od ok. 340 do 700 nm, umieszczoną w metalowej skrzynce zapewniającej odpowiednią izolację świetlną i bezpieczeństwo. Kolimator umieszczony z przodu modułu pozwala na umieszczenie różnych filtrów i przesłon przed komorą w celu wykonania potrzebnych pomiarów. Zestaw umożliwia zasilanie zarówno anody, jak i katody ogniwa dwoma zakresami napięcia (-2/2 V i -2/30 V) z jednego zasilacza, który pracuje również jako mikroamperomierz do pomiaru fotoprądu (zakresy pomiarowe: 10-8 oraz 10-13 A).
Pomiar Charakterystyki Prądowo Napięciowej Ogniwa Fotoelektrycznego
Wartość fotoprądu wzrasta wraz z wartością różnicy potencjałów elektrycznych przyłożonych pomiędzy katodą i anodą UAK. Fotoprąd osiąga nasycenie, gdy UAK osiągnie określoną wartość. Ten poziom nasycenia zależy od natężenia światła, ale nie od jego częstotliwości. Gdy UAK staje się ujemne, prąd fotoelektryczny spada. Na podstawie tego doświadczenia możemy zmierzyć szereg charakterystyk prądowo-napięciowych ogniwa fotoelektrycznego w zależności od natężenia światła (przy przesłonach) oraz od częstotliwości strumienia światła przy użyciu lampy rtęciowej (przy użyciu zestawu filtrów). Jest to metoda weryfikacji zgodności z charakterystyką teoretyczną.
Doświadczalne Określenie Wartości Stałej Plancka (h)
Zgodnie z teorią Einsteina światło składa się ze strumienia cząstek, zwanych fotonami. Energia każdego fotonu jest wtedy równa E = h.í, gdzie h jest stałą Plancka. Pomiar stałej Plancka na podstawie efektu fotoelektrycznego polega na wyznaczeniu różnicy napięcia wyłączającego (dla którego fotoprąd wynosi zero) dla różnych jednorodnych częstotliwości padania. W tym celu proponujemy zastosowanie metody „prądu zerowego” lub „kompensacji”. W zakresie pomiarowym 10-13 A modyfikujemy wartość potencjału aż do uzyskania zerowego fotoprądu. Następnie należy zakryć lampę spektralną i zmierzyć prąd. Zmierzona wartość prądu jest bardzo zbliżona do poziomu prądu ciemnego i szumu komórki fotoelektrycznej. Lampa jest odkrywana, a potencjał dopasowywany tak, aby osiągnąć zmierzoną wcześniej wartość prądu. W ten sposób uzyskujemy potencjał wyłączający zgodny z częstotliwością. Na podstawie potencjału – zbocze linii prostej częstotliwości, wartość h można obliczyć doświadczalnie.
Zagadnienia Realizowane przez Zestaw Edukacyjny:
- określenie wartości Stałej Plancka (h)
- wprowadzenie metodyki pomiarowej
- pomiar charakterystyki prądowo-napięciowej U-I
- określanie charakterystyki ogniwa fotoelektrycznego
Wymagane Wyposażenie:
- POD068951 zestaw Stała Plancka (ogniwo fotoelektryczne, zasilacz z funkcją amperomierza
- POD010057 wysokoprężna lampa rtęciowa
- POD010056 podstawka dla lampy spektralnej
- POD002192 podstawka "półksiężyc"
Stanowisko edukacyjne dostarczamy wraz z propozycjami ćwiczeń.
