ݺߣ

ݺߣShare a Scribd company logo

Određivanje plankove konstante, fizika 13/14

•
•
Strahinja Džever
Strahinja Džever

experiment done in phsycs class

1 of 5
Download to read offline
Određivanje Plankove konstante Teorijski uvod. Osobine p-n spoja: U savremenoj elektronici poluprovodnika najčešda upotreba p-n spoja je poluprovodnička dioda. U procesu proizodnje p-n spoj može da se optimizuje za različite upotrebe kao što su: dioda koja emituje svjetlost (LED), fotodioda i solarna delija. Jačina struje koja protiče kroz idealnu diodu u zavisnosti od napona u njoj (strujno naponska kakarteristika - slika 1. i 2.). P-n spoj je direktno polarisan kada je p dio spoja vezan za pozitivan pol izvora npona, a n dio na negativni, i tada se kaže da je napon na diodi pozitivan. Za male pozitivne napone, manje od napona U0, struja kroz diodu je veoma mala (struja se u realnim situacijama zanemaruje). Napon U0 se naziva napon provođenja i on je jednak kontaktnoj razlici potencijala p-n spoja. Za napone vede od U0 struja kroz diodu počinje naglo da raste. Za negativne napone (p-n spoj je inverzno polarisan) vede od nekog napona Up dioda takođe veoma slabo provodi struju. Ako se napon spusti ispod neke vrijednosti Up dioda opet započinje dobro da provodi struju (u suprotnom smijeru), ali to može da je uništi. Napon Up se zove napon proboja i obično je po apsolutnoj vrijednosti daleko vedi od U0. (slika 1. Idealna dioda) (slika 2. Realna dioda) Dioda koja emituje svjetlost-LED: Tipične širine zabranjenih zona kod poluprovodnika su reda eV što odgovara energiji fotona u bliskoj IC, vidljivoj i bliskoj UV oblasti. Ova osobina omogudava da se pogodnom optimizacijom p-n spoja poluprovodničke diode koriste kao izvori svjetlosti u navedenim oblastima. Ovako optimizovana dioda se naziva LED. LED počinje da emituje svjetlost tek kada je napon u njemu vedi od Uo, odnosno kada kroz njega protiče nezanemarljiva struja.
Mehanizam emitovanja svjetlosti u p-n spoju je slededi: Kada je p-n spoj direktno polarisan naponom vedim od U0 elektroni iz n dijela po uticajem tog napona prelaze u p dio. Pošto u p dijelu postoji višak šupljina, elektroni se tamo rekombinuju sa njima. U procesu rekombinacije energija se oslobađa emitovanjem fotona. Šupljine pod uticajem napona U0 prelaze iz p dijela u n dio i tamo se rekombinuju. Rekombinacija je veda u p dijelu. Elektron dobija energiju eU0, pa za fotone koji nastaju u procesu rekombinacije važi: hν= eU0 Talasna dužina emitovane svijetlosti zavisi od U0, odnosno kontaktne razlike potencijala. Korišdenjem različitih tipova poluprovodnika može se uticati na kontaktnu razliku potencijala u p-n spoju, pa samim tim i na talasnu dužinu emitovane svijetlosti. Energija fotona nastalog u ovom procesu opisuje se frmulom: hν= eU0+E*, gdje je E* korekcioni faktor koji ima dimenziju energije. Fotodioda i solarna ćelija: Vrijednost jačine struje za koju se spusti strujno naponska karakteristika je direktno proporcionalna intenzitetu svijetlosti, koji pada na p-n spoj. Ta vrijednost jačine struje se naziva fotostruja. Opisana osobina p-n spoja može da se iskoristi za detekciju i mjerenje intenziteta svijetlosti i p-n spoj se tada naziva fotodioda. Opisana osobina može se iskoristiti za konverziju svijetlosti u električnu energiju i tada se p-n spoj naziva solarna delija. Postoje dva režima kad se p-n spoj koristi kao fotodioda: 1. Fotonaponski (Gdje se mjeri napon na fotodiodi u otvorenom kolu.) 2. Fotoprovodni (Gdje se mjeri jačina fotostruje kroz kolo u kojem je fotodioda.) Na slici 3. se vidi da u prvom i tredem kvadrantu U-I dijagrama proizvod struje i napona je pozitivan, dok u drugom i četvrtom je negativan. Strujna naponska karakteristika p-n spoja ne može da se nađe u drugom kvadrantu, dok može da se nađe u četvrtom ako se p-n spoj osvijetli. Tada se p-n spoj naziva solarna delija. (Slika 3.)
Određivanje Plankove konstante Korekcioni faktor E* zavisi od LED-a do LED-a. Za vedinu LED-ova on je približno konstantan, tj. za različiti LED-ova postoji jednoznačna veza izmešu talasne dužine na koju zrači LED i njegove kontaktne razlike potencijala. Zadatak : Za date LED-ove, označene brojevima od 2 do 7, mjeriti njihovu kontaktnu razliku potencijala, odnosno napon U0 na njima. Talasne dužine leova su: LED λ[nm] LED2 594 LED3 652 LED4 630 LED5 610 LED6 570 LED7 940 Rezultati prikazati u tabeli, na osnovu izmjerenih napona Uo i datih talasnih dužina nacrtati odgovarajudi grafik i pomodu njega odrediti vrijednost Plankove konstante. Uzeti da je brzina svjetlosti c=2,998∙10^8 m/s. Elementarno naelektrisanje je e=1,6022∙10^-19 C. Procijeniti grešku određivanja Plankove konstante. Greška mjerenja talasne dužine je Δλ=5nm. Aparatura: Kolo se sastoji iz električnog izvora (baterija koja je u kutiji, 9V), prekidača, dva promjenljiva otpornika R2 i R3 (pomodu kojih se smanjuje struja kroz kolo), jednog stalnog otpornika R1 (koji služi za ograničavanje i indirektno mjerenje struje kroz kolo) i mjesa na koje se stavlja LED. U kolu takođe postoje i mjerne tačke za mjerenje napona na otporniku R1 i LED-u. Zaokruženi dio aparature na slici 4. se koristi za ispitivanje osobina leda, a na slici 5. je prikazana električna šema tog kola. Slika 4. Slika 5. Postupak mjerenja: Najprije izmjeriti otpornost otpornika R1 , tako što se preklopnik na instrumentu podesi na ospseg Ω. Pri mjerenju ove otpornosti prekidač treba da je u položaju 0, tj. da je strujno kolo prekinuto. Struja kroz kolo se određuje tako što se mjeri
napon UR1 na otporniku R1 . Pri mjerenju napona preklopnik se prebaci na DCV. Staviti odgovarajudi LED, uključiti prekidač i struju u kolu mijenjati promjenljivim otpornicima R2 i R3. Za fino podešavanje služi R2 (0-1kΩ), a R3 (0-250kΩ) za grubo. Smatrati da je LED počeo da propušta struju kada jačina struje kroz kolo dostigne vrijednost 50μA. Rezultati mjerenja (Tabela 1.): Broj Mjerenja 1. 2. 3. 4. 5. 6. Srednje vrijednosti U0 [V] Talasna duzina Λ [nm] Plankova konstanta h [Js] ∙ 10^-34 Crvena dioda U0 (V) 1,79 1,78 1,80 1,80 1,79 1,79 Žuta dioda U0 (V) 1,99 1,97 1,98 1,99 1,98 1,97 Zelena dioda U0 (V) 2,33 2,32 2,31 2,32 2,34 2,30 Plava dioda U0 (V) 2,91 2,90 2,93 2,89 2,88 2,90 Srednje vrijednosti U0 (V) i talasne duzine λ[nm] (Tabela 2.): Crvena dioda Žuta dioda Zelena dioda 1,79 1,98 2,32 Plava dioda 2,90 625 585 565 465 5,979 6,190 7,005 7,207 Grafički prikaz rezultata:
Krajnji rezultati: Srednja vrijednost Plankove konstante je: <h>=6,198∙ 10^-34 Js Greška mjerenja: Δh=1,009∙ 10^-34 Js h = (6,198± 1,009) ∙ 10^-34 Js δh=16% 04.XII 2013. Jelena Maletić 100/12 Jelena Savanović 37/12

More Related Content

Određivanje plankove konstante, fizika 13/14

  • 1. Određivanje Plankove konstante Teorijski uvod. Osobine p-n spoja: U savremenoj elektronici poluprovodnika najčešda upotreba p-n spoja je poluprovodnička dioda. U procesu proizodnje p-n spoj može da se optimizuje za različite upotrebe kao što su: dioda koja emituje svjetlost (LED), fotodioda i solarna delija. Jačina struje koja protiče kroz idealnu diodu u zavisnosti od napona u njoj (strujno naponska kakarteristika - slika 1. i 2.). P-n spoj je direktno polarisan kada je p dio spoja vezan za pozitivan pol izvora npona, a n dio na negativni, i tada se kaže da je napon na diodi pozitivan. Za male pozitivne napone, manje od napona U0, struja kroz diodu je veoma mala (struja se u realnim situacijama zanemaruje). Napon U0 se naziva napon provođenja i on je jednak kontaktnoj razlici potencijala p-n spoja. Za napone vede od U0 struja kroz diodu počinje naglo da raste. Za negativne napone (p-n spoj je inverzno polarisan) vede od nekog napona Up dioda takođe veoma slabo provodi struju. Ako se napon spusti ispod neke vrijednosti Up dioda opet započinje dobro da provodi struju (u suprotnom smijeru), ali to može da je uništi. Napon Up se zove napon proboja i obično je po apsolutnoj vrijednosti daleko vedi od U0. (slika 1. Idealna dioda) (slika 2. Realna dioda) Dioda koja emituje svjetlost-LED: Tipične širine zabranjenih zona kod poluprovodnika su reda eV što odgovara energiji fotona u bliskoj IC, vidljivoj i bliskoj UV oblasti. Ova osobina omogudava da se pogodnom optimizacijom p-n spoja poluprovodničke diode koriste kao izvori svjetlosti u navedenim oblastima. Ovako optimizovana dioda se naziva LED. LED počinje da emituje svjetlost tek kada je napon u njemu vedi od Uo, odnosno kada kroz njega protiče nezanemarljiva struja.
  • 2. Mehanizam emitovanja svjetlosti u p-n spoju je slededi: Kada je p-n spoj direktno polarisan naponom vedim od U0 elektroni iz n dijela po uticajem tog napona prelaze u p dio. Pošto u p dijelu postoji višak šupljina, elektroni se tamo rekombinuju sa njima. U procesu rekombinacije energija se oslobađa emitovanjem fotona. Šupljine pod uticajem napona U0 prelaze iz p dijela u n dio i tamo se rekombinuju. Rekombinacija je veda u p dijelu. Elektron dobija energiju eU0, pa za fotone koji nastaju u procesu rekombinacije važi: hν= eU0 Talasna dužina emitovane svijetlosti zavisi od U0, odnosno kontaktne razlike potencijala. Korišdenjem različitih tipova poluprovodnika može se uticati na kontaktnu razliku potencijala u p-n spoju, pa samim tim i na talasnu dužinu emitovane svijetlosti. Energija fotona nastalog u ovom procesu opisuje se frmulom: hν= eU0+E*, gdje je E* korekcioni faktor koji ima dimenziju energije. Fotodioda i solarna ćelija: Vrijednost jačine struje za koju se spusti strujno naponska karakteristika je direktno proporcionalna intenzitetu svijetlosti, koji pada na p-n spoj. Ta vrijednost jačine struje se naziva fotostruja. Opisana osobina p-n spoja može da se iskoristi za detekciju i mjerenje intenziteta svijetlosti i p-n spoj se tada naziva fotodioda. Opisana osobina može se iskoristiti za konverziju svijetlosti u električnu energiju i tada se p-n spoj naziva solarna delija. Postoje dva režima kad se p-n spoj koristi kao fotodioda: 1. Fotonaponski (Gdje se mjeri napon na fotodiodi u otvorenom kolu.) 2. Fotoprovodni (Gdje se mjeri jačina fotostruje kroz kolo u kojem je fotodioda.) Na slici 3. se vidi da u prvom i tredem kvadrantu U-I dijagrama proizvod struje i napona je pozitivan, dok u drugom i četvrtom je negativan. Strujna naponska karakteristika p-n spoja ne može da se nađe u drugom kvadrantu, dok može da se nađe u četvrtom ako se p-n spoj osvijetli. Tada se p-n spoj naziva solarna delija. (Slika 3.)
  • 3. Određivanje Plankove konstante Korekcioni faktor E* zavisi od LED-a do LED-a. Za vedinu LED-ova on je približno konstantan, tj. za različiti LED-ova postoji jednoznačna veza izmešu talasne dužine na koju zrači LED i njegove kontaktne razlike potencijala. Zadatak : Za date LED-ove, označene brojevima od 2 do 7, mjeriti njihovu kontaktnu razliku potencijala, odnosno napon U0 na njima. Talasne dužine leova su: LED λ[nm] LED2 594 LED3 652 LED4 630 LED5 610 LED6 570 LED7 940 Rezultati prikazati u tabeli, na osnovu izmjerenih napona Uo i datih talasnih dužina nacrtati odgovarajudi grafik i pomodu njega odrediti vrijednost Plankove konstante. Uzeti da je brzina svjetlosti c=2,998∙10^8 m/s. Elementarno naelektrisanje je e=1,6022∙10^-19 C. Procijeniti grešku određivanja Plankove konstante. Greška mjerenja talasne dužine je Δλ=5nm. Aparatura: Kolo se sastoji iz električnog izvora (baterija koja je u kutiji, 9V), prekidača, dva promjenljiva otpornika R2 i R3 (pomodu kojih se smanjuje struja kroz kolo), jednog stalnog otpornika R1 (koji služi za ograničavanje i indirektno mjerenje struje kroz kolo) i mjesa na koje se stavlja LED. U kolu takođe postoje i mjerne tačke za mjerenje napona na otporniku R1 i LED-u. Zaokruženi dio aparature na slici 4. se koristi za ispitivanje osobina leda, a na slici 5. je prikazana električna šema tog kola. Slika 4. Slika 5. Postupak mjerenja: Najprije izmjeriti otpornost otpornika R1 , tako što se preklopnik na instrumentu podesi na ospseg Ω. Pri mjerenju ove otpornosti prekidač treba da je u položaju 0, tj. da je strujno kolo prekinuto. Struja kroz kolo se određuje tako što se mjeri
  • 4. napon UR1 na otporniku R1 . Pri mjerenju napona preklopnik se prebaci na DCV. Staviti odgovarajudi LED, uključiti prekidač i struju u kolu mijenjati promjenljivim otpornicima R2 i R3. Za fino podešavanje služi R2 (0-1kΩ), a R3 (0-250kΩ) za grubo. Smatrati da je LED počeo da propušta struju kada jačina struje kroz kolo dostigne vrijednost 50μA. Rezultati mjerenja (Tabela 1.): Broj Mjerenja 1. 2. 3. 4. 5. 6. Srednje vrijednosti U0 [V] Talasna duzina Λ [nm] Plankova konstanta h [Js] ∙ 10^-34 Crvena dioda U0 (V) 1,79 1,78 1,80 1,80 1,79 1,79 Žuta dioda U0 (V) 1,99 1,97 1,98 1,99 1,98 1,97 Zelena dioda U0 (V) 2,33 2,32 2,31 2,32 2,34 2,30 Plava dioda U0 (V) 2,91 2,90 2,93 2,89 2,88 2,90 Srednje vrijednosti U0 (V) i talasne duzine λ[nm] (Tabela 2.): Crvena dioda Žuta dioda Zelena dioda 1,79 1,98 2,32 Plava dioda 2,90 625 585 565 465 5,979 6,190 7,005 7,207 Grafički prikaz rezultata:
  • 5. Krajnji rezultati: Srednja vrijednost Plankove konstante je: <h>=6,198∙ 10^-34 Js Greška mjerenja: Δh=1,009∙ 10^-34 Js h = (6,198± 1,009) ∙ 10^-34 Js δh=16% 04.XII 2013. Jelena Maletić 100/12 Jelena Savanović 37/12