Khảo sát hiện tượng quang điện ngoài. Đo hằng số Planck

Để đo hằng số Planck, Bộ thí nghiệm về hiện tượng quang điện ngoài (dùng ánh sáng đơn sắc) PTVL2042 (D1112-LED) cần được thay đổi một chút về thiết bị.

Đó là thay điện kế chứng minh thông thường bằng điện kế số "0" chính xác hơn.

Ở đây chúng tôi dùng điện kế số "0" có độ nhạy: 15mm/microA.

Bộ thí nghiệm không dùng bất kỳ bộ khuếch đại nào. Do đó sẽ không có sự tác động nào về kết quả thí nghiệm bởi sự can thiệp của mạch khuếch đại.

Một điều đặc biết là bước sóng ánh sáng được đo chính xác bởi máy quang phổ UV-VIS của hãng OceanOptic của Mỹ. Do đó bước sóng mà chúng tôi công bố là rất chính xác. 

Hướng dẫn sử dụng

1. Quan sát và nhận xét hiệu ứng quang điện ngoài với các ánh sáng bước sóng khác nhau.

Công tắc đảo chiều ở vị trí thuận: Có nghĩa là cực dương của nguồn điện sẽ nối với Anot của tế bào quang điện, còn cực âm của nguồn nối với Catot

+ Với ánh sáng đỏ: Khi điều chỉnh điện áp về 0, điều chỉnh độ sáng của đèn sáng nhất. Kim điện kế không thay đổi.

(Xác định hằng số Planck: Ánh sáng đỏ)

Khi điều chỉnh điện áp lớn nhất (vặn hết về bên phải), kim điện kế hơi lệch:

(Xác định hằng số Planck: Ánh sáng đỏ)

Kết luận: Kim điện kế hơi lệch (3mm) với ánh sáng đỏ khi ta đặt một điện thế cao giữa hai cực Anot và catot của tế bào quang điện

+ Với ánh sáng màu cam: ta cũng làm tương tự như với ánh sáng đỏ:

(Xác định hằng số Planck: Ánh sáng cam)

Kết luận: Kim điện kế hơi lệch (khoảng 1mm) khi điện áp bằng 0, Khi điện áp tối đa, kim điện kế lệch 6mm

Ta làm tương tự với các ánh sáng lục, lam, tím. Kết quả như sau:

Ánh sáng lục: Khi điện thế bằng 0, đèn sáng nhất kim điện kế lệch 28mm

(Xác định hằng số Planck: Ánh sáng xanh lá)

Ánh sáng xanh dương: Khi điện thế bằng 0, đèn sáng nhất kim điện kế lệch khỏi thang đo của điện kế

(Xác định hằng số Planck: Ánh sáng xanh dương)

Ánh sáng tím: Khi điện thế bằng 0, Kim điện kế lệch nhiều nhất.

(Xác định hằng số Planck: Ánh sáng tím)

Kết luận: Xin được dành cho học sinh

2. Khảo sát hiện tượng bão hòa dòng quang điện.

Chúng tôi không công bố kết quả của nhiệm vụ này vì nó đơn giản.

3. Đo hằng số Planck.

Công tắc đảo chiều ta xoay về vị trí nghịch: Lúc này cực dương của nguồn sẽ nốt với Catot và cực âm của nguồn sẽ nối với Anot của tế bào quang điện.

+ Ta làm thí nghiệm với ánh sáng xanh lục:

++ Ta tăng ánh sáng đèn sao cho kim điện kế hơi lệch (khoảng 3mm) khi điện áp về 0. 

(Đo hằng số Planck)

++ Ta xoay rất nhẹ núm chỉnh điện thế để kim điện kế về vị trí 0 (vị trí ban đầu của điện kế). Sau đó ta tăng nhẹ độ sáng của đèn làm kim điện kế lệch một chút. Rồi lại tiếp tục điều chỉnh điện thế rất nhẹ để kim điện kế về 0.

Đến một điện thế mà khi tắng độ sáng tối đa mà kim điện kế hầu như đứng im, không dịch chuyển. Đó chính là điện thế hãm Uh của ánh sáng xanh lục.

(Đo hằng số Planck)

++ Với ánh sáng xanh lục ta đo được Uhl = 0.622V

+ Ta làm tương tự với ánh sáng xanh dương:

(Đo hằng số Planck)

++ Với ánh sáng xanh dương ta đo được Uhd = 0.860V

+ Ta làm tương tự với ánh sáng tím:

(Đo hằng số Planck)

++ Với ánh sáng tím ta đo được Uhd = 1.139V

Với công thức sau ta có thể tính hằng số planck h:

f: là tần số của ánh sáng. 

Vậy đề xác định được h ta cần biết bước sóng λ của các ánh sáng xanh lục, xanh dương, tím và Hiệu điện thế hãm Uh (đo được ở trên)

Bước sóng ánh sáng được đo bởi máy quang phổ hãng Oceanoptics - Mỹ, ta có bảng số liệu như sau:  

Do đó tần số:

Áp dụng công thức tính h với ánh sáng tím và xanh dương ta được h = 5,19 . 10e-34.

Áp dụng công thức tính h với ánh sáng lục và xanh dương ta được h = 4,76 . 10e-34.

Áp dụng công thức tính h với ánh sáng lục và tím ta được h = 4,98 . 10e-34.

Vậy giá trị trung bình h = 4,98 . 10e-34 

Sai số: 25%

Nhận xét: 

Bước sóng của ánh sáng

Dùng máy quang phổ USB4000-UV-VIS (Oceanoptic - Mỹ) để đo phổ của các đèn LED. Ta được các kết quả như sau: