Foteoeffekt: h-Bestimmung mit LEDs

Foteoeffekt: h-Bestimmung mit LEDs
Die Bestimmung des planckschen Wirkungsquantums mit Leuchtdioden erfordert einen geringeren
apparativen Aufwand als z.B. die Gegenfeldmethode mit der Fotozelle.
Versuchsaufbau:
Hinweis: Das Potentiometer dient
dazu, dass man die Spannung etwas
feiner einstellen kann.
Versuchsdurchführung:
Man nimmt die Kennlinien
der verschiedenen
Leuchtdioden auf.
Man bestimmt die
Wellenlänge des von den
Leuchtdioden emittierten
Lichts, das nach dem
Überschreiten der
Knickspannung ausgesandt
wird (dies wird hier nicht
beschrieben; vgl. hierzu die
Wellenlängenbestimmung
mit dem Gitter o.ä.)
Ergebnisse:
Rote LED (Wellenlänge des emittierten Lichts: λ = 635 nm)
U in V
1,20
1,40
1,50
1,56
1,60
1,62
1,64
1,66
1,68
1,70
1,72
I in mA
0,00
0,01
0,03
0,10
0,20
0,35
0,55
0,86
1,25
1,80
2,50
Gelbe LED (Wellenlänge des emittierten Lichts: λ = 585 nm)
U in V
1,60
1,65
1,71
1,73
1,74
1,75
1,76
1,77
1,78
1,80
1,82
I in mA
0,02
0,05
0,18
0,22
0,34
0,43
0,49
0,62
0,76
1,10
1,60
Grüne LED (Wellenlänge des emittierten Lichts: λ = 560 nm)
U in V
1,50
1,69
1,75
1,77
1,80
1,83
1,85
1,86
1,88
1,90
2,00
I in mA
0,00
0,02
0,10
0,17
0,36
0,70
1,05
1,25
1,75
2,30
6,10
Blaue LED (Wellenlänge des emittierten Lichts: l = 465 nm)
U in V
2,50
2,70
2,80
2,90
3,00
3,10
3,20
3,30
I in mA
0,00
0,02
0,03
0,05
0,10
0,17
3,30
7,00
U-I-Diagramme
Die Dioden beginnen zu leuchten, wenn die Durchbruchsspannung Ud erreicht ist. Zwischen der
Lichtfrequenz und der Durchbruchsspannung besteht der folgende experimentell ermittelte
Zusammenhang:
Wellenlänge λ in nm
Lichtfrequenz in 10
Hz
635
585
560
465
4,72
5,13 5,36 6,45
1,60
1,72 1,82 3,10
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Durchbruchsspannung
Ud in V
Einige Mitteilungen aus der Elektronik:
Bei bestimmten Halbleiterdioden (z.B. wenn sie aus
Galliumarsenid bestehen) tritt in der Grenzschicht
Lichtemission auf, wenn ein Strom in Durchlassrichtung fließt. Dazu muss die äußere Spannung so
groß sein, dass die Raumladungsschicht in der Grenzzone abgebaut wird. Dann können die
beweglichen Elektronen der n-Schicht mit den beweglichen Löchern der p-Schicht rekombinieren. Bei
der Rekombination wird Energie in Form von Licht frei
Jedem Elektron-Loch-Paar wird durch die Spannungsquelle die Energie e·Ud zugeführt. Diese bei der
Rekombination freiwerdende Energie trägt im Idealfall ein Photon. somit gilt:
e·Ud = h·f
Aufgabe:
Berechnen Sie mit Hilfe der obigen Tabelle und der beschriebenen
Beziehung die Näherungswerte für das plancksche Wirkungsquantum h.
Geben Sie auch die prozentuale Abweichung vom Literaturwert an.