Strumenti Utente

Strumenti Sito


fisica:strumenti:costante_di_planck

LAB2GO Scienza

Apparecchio per la misura della costante di Planck

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 il metodo della forza controelettromotrice. Esso comprende una fotocellula a vuoto, un voltmetro per la misurazione della forza 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 utilizzati come sorgente 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 o fine tramite due regolatori.

Dati tecnici

Dati tecnici
Fotocellula: tipo 1P39, cesio (Cs)
Voltmetro: 3½ cifre, LCD
Precisione: 0,5 % (normalmente)
Nanoamperometro: 3½ cifre, LCD
Precisione: 1 % (normalmente)
Diodi luminosi: 472 nm, 505 nm, 525 nm, 588 nm ±611 nm
Dimensioni: 280x150x130 mm³
Peso: ca. 1,3 kg

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 di luce) doveva essere direttamente proporzionale alla relativa frequenza f e la durata dell'impulso p indirettamente proporzionale alla lunghezza d'onda λ:

$$E = h⋅ f ⋅ p = h / λ$$

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 fondamentale e ha un valore preciso $h = 6,62606896*10-34 Js$. 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 ( $E = h ⋅ f$ ). Una parte dell'energia serve a strappare l'elettrone dalla superficie metallica (lavoro di estrazione W), mentre il resto è disponibile all'elettrone come energia cinetica:

$$ E_{kin} = h⋅f - W $$

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 misurabile con il nanoamperometro. Se la forza controelettromotrice corrisponde alla tensione massima U0 con $$ e ⋅ U_0 = E_{Kin} = h ⋅ f - W e $$

$$ e= 1,6021 ⋅ 10^{-19} C $$ allora tale corrente raggiungerà il valore di 0 nA. In un diagramma 0 e U⋅ - f, le tensioni massime U0 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.

Esperienze

Esperienze Descrizione
Determinazione della costante di Planck Soon

Sitografia

Link Descrizione
3BscientificManuale d'uso
3BscientificSito d'acquisto
fisica/strumenti/costante_di_planck.txt · Ultima modifica: 2020/01/30 16:57 da domenica.rosace