2
3. Descrição
O aparelho para a constante de Planck serve
para a determinação da constante de Planck
h
e
do trabalho de saída dos elétrons
W
do cátodo
de césio da fotocélula segundo o método de
tensão inversa.
Ele contém uma fotocélula de vácuo, um
voltímetro para a medição da tensão inversa, um
nano amperímetro para medir o fluxo da corrente
fotoelétrica e uma fonte de alimentação de tensão
para o LED. Como fontes de luz de diferentes
freqüências estão disponíveis cinco diodos
emissores de luz (LED) de comprimento de ondas
médio conhecido. A intensidade da luz emitida
pode ser variada a cada vez entre 0 e 100%. A
fotocélula consiste de um cátodo vaporizado com
césio e um anodo em forma de anel. Com o
aparelho ligado existe uma tensão entre estes
eletrodos, que é variada com dois comutadores
em aproximado e fino.
O fornecimento da tensão para o aparelho
acontece através de uma fonte de alimentação
fornecida. O aparelho para a constante de Planck
com o número de item 1000536 / U10700-115 é
guarnecido para uma tensão de rede de 115 V
(±10 %), o aparelho com o número 1000537 /
U10700-230 é para 230 V (±10 %).
4. Dados técnicos
Fotocélula:
Tipo 1P39, césio (Cs)
Voltímetro:
3½ Dígitos, LCD
Precisão:
0,5 % (típico)
Nano amperímetro: 3½ Dígitos, LCD
Precisão:
1 % (típico)
Diodos luminosos:
472 nm, 505 nm, 525 nm,
588 nm, 611 nm
Dimensões:
280 x 150 x 130 mm³
Massa:
aprox. 1,3 kg
5. Fundamentos teóricos
O assim chamado efeito fotoelétrico apresentava
no final do século 19º e no princípio do 20º,
quando se considerava que a física estava quase
concluída, um dos últimos enigmas. A explicação
deste fenômeno não podia ter sucesso com a
teoria clássica. Em 1905 Einstein conseguiu a
descrição teórica genialmente simples deste
efeito com ajuda da teoria quântica introduzida
por Max Planck. Ele assumiu que a luz se
compunha de partículas, os assim chamados
fótons. A energia
E
, destes fótons (quanta de luz)
deveria ser diretamente proporcional para a sua
frequência
f
e o valor do seu impulso
p
indiretamente proporcional para o comprimento
de onda
:
/
E
h f p h
Nisto a constante de proporcionalidade
h
é o efeito
quantum de Planck. Isto significa que a energia
em forma de radiação eletromagnética somente
pode entregar quanta em pequenos pacotes. Esta
grandeza mínima é dependente da frequência. A
constante de Planck é uma constante
fundamental da natureza e tem o valor exato
h
=
6,62606896*10
-34
Js.
Na experiência a luz do diodo luminoso
conectado incide através do anodo em forma de
anel sobre o cátodo. Se um elétron for atingido
por um fóton, no efeito fotoelétrico o fóton
entrega para aquele toda a sua energia (
E h f
). Uma parte da energia será necessária para
tirar o elétron para fora da superfície metálica
(trabalho de saída
W
). O resto da energia está à
disposição do elétron como energia cinética:
kin
E
h f W
.
O trabalho de saída é uma grandeza dependente
do material e da temperatura e vale para césio
2,14 eV em 0 K e aprox. 2 eV em temperatura de
ambiente.
Dependendo da tensão inversa aplicada entre o
cátodo e o anodo, uma corrente de elétrons flui
entre o cátodo para o anodo, que é medido com
um nano amperímetro. Se a tensão inversa
equivale a tensão limite
U
0,
com
0
kin
e U
E
h f W
e
19
1,6021 10 C
e
esta corrente alcança o valor de 0 nA.
Num diagrama
0
e U
-
f,
se situam as tensões
limites
U
0
medidas para diferentes freqüências
f
numa reta com a subida
h
e o corte axial y-,
W.
Para cada material catódico
o corte axial
y
é
diferente para a reta correspondente. A subida
da reta é independente do material catódico.
6. Operação
6.1 Medição
das
tensões
limites
na
intensidade luminosa de 75%.
Para o fornecimento de tensão conectar a
fonte de alimentação.
Ajustar a intensidade luminosa para 75%.
Inserir o conector da primeira fonte de luz na
tomada de conexão para LED.
Comprimir os pinos de pregar da caixa vazia
no tubo de recepção e puxar a caixa vazia
para baixo.
