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3. Descripción
El aparato de la constante de Planck sirve para
la medición de la constante de Planck h y del tra-
bajo de extracción de electrones W del cátodo de
cesio de la fotocélula, por medio del método de
la contratensión.
Éste aparato lleva una fotocélula al vacío, un nano-
amperímetro para la medición de la corriente foto-
eléctrica y una fuente de alimentación para los
LEDs. Como fuente de luz para diferentes frecuen-
cias, se tienen a disposición cinco diodos emisores
de luz de longitud de onda promedio conocida
(LED). La intensidad de la luz emitida se puede va-
riar entre 0% y 100% sin saltos. La fotocélula está
compuesta de un cátodo metalizado por vaporiza-
ción con cesio (Cs) y un ánodo en forma de anillo.
Cuando el aparato está conectado se tiene una ten-
sión entre esos electrodos, la cual se puede variar
burda y finamente por medio de dos botones de
ajuste.
La alimentación de tensión del aparato se realiza
por medio de la fuente de tensión enchufable que
se entrega. El aparato de la constante de Planck
con el número de artículo 1000536 / U10700-115
está diseñado para una tensión de red de 115 V
(±10 %), el aparato con el número 1000537 /
U10700-230 para 230 V (±10 %).
4. Datos técnicos
Fotocélula:
Tipo 1P39, Cesio (Cs)
Voltímetro:
3½ dígitos, LCD
Exactitud:
0,5 % (típica)
Nanoamperímetro:
3½ dígitos, LCD
Exactitud:
1 % (típica)
Diodos luminosos:
472 nm, 505 nm, 525 nm,
588 nm, 611 nm
Dimensiones:
280 x 150 x 130 mm³
Masa:
aprox. 1,3 kg
5. Fundamentos teóricos
A finales del siglo 19 y a inicios del siglo 20, el
llamado “efecto fotoeléctrico” representaba uno
de los últimos enigmas para la Física conside-
rada ya como cerrada. La explicación de este fe-
nómeno no se pudo lograr con la teoría clásica
del siglo 19. En 1905 el Físico Albert Einstein lo-
gró una descripción teórica sencilla y genial de
este efecto, apoyándose en la teoría cuántica in-
troducida por Max Planck. Él asumió que la luz
se compone de partículas, llamadas cuantos. La
energía
E
de estos fotones (cuantos de luz) de-
bería ser directamente a su frecuencia
f
y la
magnitud de su impulso
p
debería ser indirecta-
mente proporcional a la longitud de onda de la
luz
:
/
E
h f p h
Siendo en este caso la constante de proporcio-
nalidad
h
, el cuanto de acción de Planck. Esto
significa que la energía se puede entregar sólo
en forma de pequeños paquetes de radiación
electromagnética. Esta cantidad mínima de-
pende de la frecuencia. El cuanto de acción de
Planck es una constante natural fundamental
que
tiene
exactamente
el
valor
de
h
= 6,62606896*10
-34
Js.
En el experimento, la luz incide sobre el cátodo
del diodo luminoso encerrado y conectado, a tra-
vés de del ánodo en forma de anillo. Si un elec-
trón es chocado por un foton, el fotón en el efecto
fotoeléctrico traspasa su energía total al electrón
(
E h f
). Una parte de la energía es necesaria
para extraer el electrón de la superficie del metal
(trabajo de extracción
W
). El resto de la energía
está a disposición del electrón en forma de ener-
gía cinética:
kin
E
h f W
El trabajo de extracción es una magnitud que de-
pende del material del cátodo y de la temperatura,
para el cesio (Cs) es de 2,14 eV para 0 K y de
aprox. 2 eV para temperatura ambiente.
Dependiendo de la contratensión aplicada entre
el cátodo y el ánodo, fluye una corriente de elec-
trones del cátodo hacia el ánodo, la cual se mide
con el nanoamperímetro. Si la contratensión co-
rresponde a la tensión límite
U
0
con
0
kin
e U
E
h f W
y
19
1,6021 10 C
e
llega así esta corriente al valor 0 nA.
En un diagrama
0
e U
-
f
los valores de
U
0
medi-
dos para diferentes frecuencias
f
se encuentran
en una recta de pendiente
h
y con un corte del
eje-y igual a
W
. Para cada material de cátodo se
tiene un rango dife-rente en la abscisa-y corres-
pondiente. La pendiente de la línea depende del
material del cátodo.
6. Manejo
6.1 Medición de las tensiones límite con 75%
de la intensidad de la luz.
Para realizar el suministro de tensión se co-
necta la fuente.
La intensidad de la fuente de luz se ajusta en
75%.
La clavija de la primera fuente de luz se co-
necta en el casquillo para LED.
