Постоянная Планка: её физический смысл и научное значение (стр. 2 )

Для определения порогового напряжения (U) необходимо построить график вольтамперной характеристики (в данном случае светодиодов и лазера), q, d, с – табличные значения, а для определения sin - требуется прибор изготовленный в данной работе.

Экспериментальная установка и работа с ней.

Конструкция прибора разработана и изготовлена самостоятельно. Все узлы монтируются на едином основании. Часть узлов взята из стандартного оборудования школьного кабинета.

Основа эксперимента – светодиоды. Эксперимент проводился с диодами красного, зеленого и синего цветами излучения. Корпуса были двух типов: цветные и бесцветные. Сразу же пришлось остановиться лишь на диодах с бесцветными корпусами, поскольку сам корпус мог выполнять роль цветового фильтра, что вносило бы, по меньшей мере, неопределённость в связь между длиной излучения и энергией зонного перехода.

Эксперимент состоял из двух частей: определение частоты излучения диода и нахождения порогового напряжения возбуждения.

1. Для определения порогового напряжения снималась вольтамперная характеристика диодов. Изменение напряжения на диоде проводилось пошагово, с DU=0,05 В. Значение напряжения возбуждения определялось по построенному графику при аппроксимации 6 –10 точек после резкого изгиба характеристики.

Для определения значения порогового напряжения изучалась вольтамперная характеристика при использовании схемы изображенной на рис.1.

В качестве измерителей силы тока и напряжения применялись вольтметр, миллиамперметр, мультиметры. Плавное изменение напряжения достигалось с помощью делителя напряжения R1. Для этого использовался переменный резистор на 1,5 кОм. Для работы светодиода в номинальном режиме и предотвращения перегрузки по напряжению, последовательно с ним включалось гасящее напряжение R2=0,5 кОм. В качестве блока питания применялся выпрямитель ВС – 24, входящий с комплект оборудования физического кабинета школы.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

2. Для определения частоты излучения в предварительном эксперименте использовалась традиционная методика определения длину волны излучения с помощью дифракционной решетки, работающей на просвет. При этом применялся прибор для проведения школьного физпрактикума.

При изготовлении установки для проведения итогового эксперимента была взята за основу предварительная схема для снятия ВАХ.

Кроме этого появились усовершенствования.

· Стало возможно измерение частот излучения не только с прозрачными, но и отражательными дифракционными решётками.

· Исходя из задачи повышения точности измерения, применялись дифракционные решётки с 310 и 660 штрихами на 1 мм.

· Для уменьшения погрешности эксперимента в дальнейшем применялся полупроводниковый лазер, позволяющий уменьшить ошибку при определении энергии возбуждения атома за счёт сужения зоны проводимости.

Основные узлы установки.

1. Излучателями служат светодиоды или полупроводниковый лазер. Каждый из них размещён в цилиндрическом металлическом корпусе.

2. Узел фиксации корпусов излучателей представляет шарнирную муфту от штатива. Шарнир позволяет устанавливать требуемое направление излучения.

3. Излучение от диода или лазера попадает на панель с дифракционной решёткой. Здесь используется держатель от оптической скамьи, позволяющий поворачивать решётку относительно горизонтальной оси и тем самым ориентировать расположение точек максимума на экране.

4. Набор экранов для измерения положения максимумов состоит из двух групп - экраны для работы с отражательной решёткой и для работы с прозрачной.

Фиксирование максимумов излучения светодиодов и лазера

при работе с отражательной решёткой.

Экран для лазера это полоса из оргстекла с матовой поверхностью, на которую попадает луч, после отражения от решётки. Из-за большой яркости излучения положение максимумов четко видно на экране. Сам экран крепиться рядом с узлом фиксации излучателя на расстоянии в=0,538 м от дифракционной решётки. Экран может располагаться либо симметрично относительно излучателя, либо справа от источника, что позволяет увеличить зону измерения в два раза и зафиксировать до четырёх максимумов.

Экран для диодов - это полоса из прозрачного оргстекла. Излучение идущее после отражения от решётки слабое и поэтому положение максимума на экране получаем «провешиванием» линии при визуальном наблюдении.

Линия ГS2 S4* соединяет мнимое изображение максимума S4 с фишками А и В. Фишка А располагается в плоскости решётки на линии соединения источника излучения S и его мнимого изображения S*. Фишка В располагается так, чтобы мнимое изображение максимума S4, проволока фишки А и проволока фишки В перекрывались при наблюдении из положения (Г). После этого карандашом делается метка на верхнем торце экрана в направлении провешенной линии.

При работе с прозрачной дифракционной решёткой и диодами применялся экран от прибора для измерения длины световой волны. (Прибор входит в комплект физического кабинета). Изменено было лишь крепление. Экран крепится к узлу фиксации излучателя магнитом, приклеенным к нерабочей стороне. Работа с прозрачной решёткой проводится по стандартной методике.

5. Узел регулировки напряжения необходим для питания излучателя и снятия параметров вольтамперной характеристики. Он состоит из соединительных клемм, делителя напряжения R1 и гасящего резистора R2. Напряжение на узел подаётся с выпрямителя ВС – 24. Для сглаживания сигнала после двухполупериодного выпрямления параллельно источнику подсоединяется конденсатор большой ёмкости. R1 =1 кОм, R2 = 400 Ом. Делитель напряжения и гасящий резистор позволяют плавно изменять напряжение на излучателе с шагом в 0,05В.

6. Измерителями силы тока и напряжения являлись мультиметры или цифровой вольтметр В7- 45К с миллиамперметром класса точности 0,2.

Расчёт периода решётки вёлся по формуле

Расчёт относительной погрешности проводился по формуле:

Величины n и l считаются точными. Измерения длин проводилось инструментальной металлической линейкой длиной 1 метр.

Результаты измерений,

проводимых с прозрачной решёткой.

Таблица №2. Определение длины волны и частоты излучения светодиодов с помощью прозрачной дифракционной решётки

Цвет диода	Постоянная решётки d (м)	Расстояние от центрального максимума а (м)	Порядок максимума n	Расстояние между экраном и решёткой в (м)	Длина волны l*10-7 (м),	Среднее значение l*10-7 (м),
Красный (двойной)	*0,0110-3**	0,037	1	0,537	6,874	6,895
0,075	2	6,916
Зелёный (двойной)	0,033	1	6,134	6,162
0,067	2	6,190
Синий	0,029	1	5,393	5,427
0,058	2	5,461