Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums mit Hilfe von Leuchtdioden

Kurzbeschreibung

Auf einer Platine sind 5 Dioden montiert. Eine infrarote (λ=950 nm) zwei rote (λ=660 nm; λ=635 nm), eine gelbe (λ=585 nm) und eine grüne (λ=560 nm). Nun wird nacheinander an den Dioden eine Gleichspannungsquelle so angeschlossen, dass der Strom in Durchlassrichtung fließt, wobei zum Schutz der Dioden hinter diese noch ein Widerstand von 100Ω geschaltet wird. Parallel zur Diode und dem Widerstand wird noch ein Spannungsmessgerät angeschlossen.
Nun wird die Spannung immer so weit hochgedreht, bis die Diode gerade anfängt zu Leuchten. Dies ist dann die Spannung, durch die die Diode Photonen erzeugt, deren Wellenlänge gerade kurz genug ist (deren Frequenz gerade hoch genug ist), dass sie durch den Lichtfilter der Diode hindurchkommen. Diese Photonen haben dann also die Wellenlänge, mit der die Diode leuchten soll. Mit diesen Messwerten erstellt man in einem Diagramm eine Ausgleichsgerade, deren Steigung dann den Wert des Plankschen Wirkungsquantums darstellt.

Physikalische Erklärung

Durch den Strom durch die Diode, werden die Atome angeregt und senden Photonen aus, deren maximale Energie durch die angelegte Spannung bestimmt wird. Diese berechnet sich in eV durch:

Wenn die Diode gerade anfängt, zu Leuchten, haben die Photonen gerade die passende Energie, um durch den Lichtfilter der Diode zu gelangen, haben also gerade die passende Wellenlänge/Frequenz, wobei zwischen der Wellenlänge λ und der Frequenz f folgender Zusammenhang besteht:

Wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist.
Nun gilt als Zusammenhang zwischen Energie und Frequenz:

Wobei h das gesuchte Planksche Wirkungsquantum ist.
Also ist h die Steigung einer Ursprungsgeraden, die man mit Hilfe der oben beschriebenen Messmethode bestimmen kann.


Hier kann man in einer Exceltabelle die Auswertung dieses Versuch's sehen.

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