Prática Laboratórial III - Determinação da tensão limiar e da constante de Planck, com multímetros

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UNIVERSIDADE CEUMA - RENASCENÇA

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

DISCIPLINA: FÍSICA III

PROFESSOR: PATRICIO MOREIRA DE ARAUJO FILHO

TURMA: EME04N1

RELATÓRIO: Prática Laboratórial III - Determinação da tensão limiar e da constante de Planck, com multímetros

DATA: 23/10/2023

       

ALUNO: LEONARDO CARVALHO DE CASTRO (RA:030723)

SÃO LUÍS

2023

1. REFERÊNCIAL TEÓRICO

O Max Planck (1858-1947), em 1918 é premiado como Nobel em Física, face as suas pesquisas sobre as teorias quânticas, ao propor a seguinte teoria: “A radiação é absorvida ou emitida por um corpo aquecido não sob a forma de ondas, mas por meio de pequenos ‘pacotes’ de energia”. Ele começou a estudar a radiação do corpo negro em 1897 (HEWITT, 20 

Na busca do entendimento sobre a natureza da luz, James Clerk Maxwell (1831-1879), pesquisador escocês, propõe sua teoria para a luz composta de ondas 3 eletromagnéticas. Essa teoria elucida diversas dúvidas sobre a luz, porém não elucida questões como o porquê alguns objetos emitiam cores quando esquentados (corpo negro) (FOGAÇA, 2014). 11, p.553).

Os cientistas procuravam elucidar as leis da radiação do corpo negro, no entanto as informações geradas das experiências eram contrárias a teoria da ondulatória de Maxwell, onde essa questão passou a ser conhecida pelo nome de catástrofe do ultravioleta. A Física proferia que para todo corpo negro a alguma temperatura diferente de zero, emitiria radiação ultravioleta intensa, isso significa que aquecer um objeto levaria a uma destruição do seu entorno pela emissão de radiações de altas frequências (FOGAÇA, 2014).

Segundo SERWAY e JEWETT (2014), “Em 1900, Max Planck desenvolveu um modelo estrutural para a radiação do corpo negro que leva a uma equação teórica para a distribuição de comprimento de onda que está completamente de acordo com os resultados experimentais em todos os comprimentos de onda”. O modelo de Planck pode ser descrito da seguinte maneira:

• Componentes físicos do sistema: Planck identificou a radiação de corpo negro como resultante de osciladores, relacionada com as partículas carregadas dentro das moléculas do corpo negro.
• Local onde os componentes estão localizados em relação um ao outro e como interagem: Os osciladores que emitem radiação de corpo negro observável estão localizados na superfície do corpo negro. A energia do oscilador é quantizada, ou seja, ela só pode ter determinadas quantidades discretas de energia dada por:

En = n.h.f

Onde:

h = 6,626.10-34 J.s (Constante de Planck);

f = frequência do oscilador;

n = um número inteiro positivo chamado de número quântico.

Como energia de cada oscilador pode ter apenas valores discretos dada pela equação 1 pode-se dizer que a energia é quantizada. Cada valor discreto corresponde a um estado quântico. Onde o oscilador só irradia ou absorve energia quando muda de estado quântico.

• Uma descrição da evolução do sistema no tempo: Toda a diferença de energia entre os estados inicial e final na transição é emitida por um único quantum de radiação (E). A equação 2 mostra que a quantidade de energia irradiada pelo oscilador é:

E= h.f

Segundo SERWAY e JEWETT (2014), o ponto chave na teoria de Planck é a radical suposição de estados de energia quantizadas. 

Um quantum é a menor unidade elementar de uma grandeza. A energia radiante, por exemplo, é composta por muitos quanta, cada qual chamado de fóton posteriormente por Einstein. Portanto, quanto mais fótons houver no feixe, mais energia ele conterá (HEWITT, 2011, p. 556).

Esta função inclui o parâmetro h, que Planck ajustou de modo que sua curva corresponda aos dados experimentais em todos os comprimentos de onda. O valor é encontrado como sendo independente do material (k) de que o corpo negro é feito e da temperatura (T), se tornando uma constante fundamental da natureza (SERWAY e JEWETT JR, 2014).

2. OBJETIVO

• Reconhecer o princípio de funcionamento de diodos semicondutores;
• Determinar a constante de Planck
• Determinar a constante de Planck utilizando a tensão limiar e a frequência de operação dos diodos.

3. MATERIAIS NECESSÁRIOS

• 01 Conjunto constante de Planck por luminescência (1);
• 01 Fonte de alimentação digital saída ajustada de 0 a 30 V CC / 5 ACC (2);
• 02 Multímetro digital (3);
• 06 Cabo flexível (4).

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Figura 1: Materiais Utilizado conforme item 3.

4. PROCEDIMENTO E RESULTADOS

• Regulou-se a fonte de alimentação para 4,0 V CC;
• Ligou-se apenas o LED 01 e variou-se lentamente a tensão de 0,05 em 0,05 de 0,00 até a tensão máxima de 1,00. E assim subsequentemente com os outros 4 LED’s.
• Preencheu-se a tabela 1 com os valores obtidos através do multímetro conforme o procedimento realizado no ponto anterior nos LED’s de 01 a 05. Veja abaixo os dados obtidos:

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Tabela 1: Tensão obtida em cada LED conforme item 4.

Abaixo temos gráficos com dados obtidos no experimento para cada LED do sistema, com corrente aplicada e tensão adquirida.

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Gráfico 1

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Gráfico 2

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Gráfico 3

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Gráfico 4

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Gráfico 5

5. CONCLUSÃO

Neste experimento, exploramos o fascinante mundo dos diodos semicondutores, em particular, os LEDs (Light Emitting Diodes), para entender como esses componentes essenciais funcionam e para determinar a constante de Planck, um valor fundamental na física quântica.

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