Geplaatst door: Middelbareschoolproefjes
18-03-2022 om 10:46
constante van Planck bepalen (6VWO) m.b.v. enkele verschillend gekleurde LED lampen
Constante van Planck
Op school hebben we een relatief simpel proefje om de constante van Planck voor vwo6 vrij exact te bepalen met een condensator met een geel, rood, groen en blauw ledje. Je gebruikt f=c(lichtsnelheid)/? en
E=h x f Energie = constante van Planck x frequentie
Wiskundig is dat y=a.x waarbij a de helling is. Als je dus E (en niet Volt op de y-as zet, zoals de vorige natuurkundedocent verkeerd deed en ik dus ook in het filmpje) en de frequentie op de x-as krijg je de helling = de constante van Planck. Ik heb er een filmpje van gemaakt voor de duidelijkheid (?) https://www.youtube.com/watch?v=6UhJVGmBFe4 en had de condensatoren besteld bij een Natuurkundedocent in Voorburg die in Noordwijk les gaf en als hobby had dit soort dingen te solderen.
Inleiding
In dit experiment gaan jullie de constante van Planck bepalen m.b.v. enkele verschillend gekleurde LED lampen.
De frequentie van de uitgezonden fotonen is te bepalen door de golflengte of de kleur van het uitgezonden licht te meten.
De energie die de fotonen hebben is te bepalen door de spanning over de LED af te lezen.
Wanneer de frequentie en de energie per LED bepaald is, kan de constante van Planck (h) uitgerekend worden met:
?Energie?_foton=constante van Planck ×frequentie
De onderzoeksvraag
Welke waarde heeft de constante van Planck?
Opstelling
Laat de voeding UIT staan. De opstelling die voor je staat is een voeding die een gelijkspanning levert. VOEDING MAG NOOIT BOVEN 10 VOLT KOMEN !! De blauwe spanningsmeter meet de (gelijk)spanning over de spanningsbron. De multimeter meet de spanning over de LED. Met de draaiknop bij de Condensator ‘constante van Planck’ kunnen de verschillende LEDS worden aangezet.
Uitvoering
Controleer of de zwarte voedingsdraaiknop helemaal naar links staat (0 V) en of de schakelaar linksboven op de voeding op gelijkstroom staat (
en niet op wisselstroom (~).
Controleer of de condensator op opladen staat (zie foto) en de zwarte draaiknop op B (BLAUW). Het blauwe ledje.
Zet de multimeter op 20V.
Zet nu pas de voeding aan en draai de spanning langzaam hoger. Kijk op de blauwe spanningsmeter en zet deze op 9,5 volt. Nooit > 10 volt. Je leest dit af op de blauwe spanningsmeter, niet op de voeding.
Schakel de condensator om naar ‘ontladen’ als de multimeter 9,5 V aangeeft. De blauwe LED zal branden en de spanning op de multimeter zal langzaam afnemen. Zet de voeding (blijvend) uit, ook voor de andere kleuren.
Wanneer de spanning op de multimeter niet meer zakt, noteer je deze spanning in onderstaande tabel.
Draai de knop van de opstelling naar de volgende kleur. De LED kleurt nu groen. Wacht weer tot de spanning niet verder zakt en noteer de spanning.
Herhaal de stappen 6 en 7 voor de gele en rode LED.
De spanning is een maat voor de energiesprong van de elektronen in de LED. De energiesprong van de elektronen is gelijk aan de energie van de uitgezonden fotonen. Om deze energie uit te rekenen vermenigvuldig je de lading van het elektron met de spanning over de LED.
Kleur Spanning (V) Energie (J) Golflengte (nm) Frequentie (Hz)
Blauw
Groen
Geel
Rood
Met een spectrometer is het lichtspectrum van de verschillende LEDS gemeten. Hieronder zie je alle spectra samen in één figuur. Lees de golflengtes van de verschillende kleuren bij de top af en vul deze in bovenstaande tabel in.
Bepaal de frequentie die hoort bij de afgelezen golflengte.
Op het bijgevoegde grafiekpapier zet je de energie (J) uit tegen de frequentie (Hz).
Teken de gevonden punten uit de tabel in, en teken een trendlijn. Deze trendlijn gaat in ieder geval door de oorsprong en is een rechte lijn.
Bepaal m.b.v. het hellingsgetal de constante van Planck.
reacties: 4
Op school hebben we een relatief simpel proefje om de constante van Planck voor vwo6 vrij exact te bepalen met een condensator met een geel, rood, groen en blauw ledje. Je gebruikt f=c(lichtsnelheid)/? en
E=h x f Energie = constante van Planck x frequentie
Wiskundig is dat y=a.x waarbij a de helling is. Als je dus E (en niet Volt op de y-as zet, zoals de vorige natuurkundedocent verkeerd deed en ik dus ook in het filmpje) en de frequentie op de x-as krijg je de helling = de constante van Planck. Ik heb er een filmpje van gemaakt voor de duidelijkheid (?) https://www.youtube.com/watch?v=6UhJVGmBFe4 en had de condensatoren besteld bij een Natuurkundedocent in Voorburg die in Noordwijk les gaf en als hobby had dit soort dingen te solderen.
Inleiding
In dit experiment gaan jullie de constante van Planck bepalen m.b.v. enkele verschillend gekleurde LED lampen.
De frequentie van de uitgezonden fotonen is te bepalen door de golflengte of de kleur van het uitgezonden licht te meten.
De energie die de fotonen hebben is te bepalen door de spanning over de LED af te lezen.
Wanneer de frequentie en de energie per LED bepaald is, kan de constante van Planck (h) uitgerekend worden met:
?Energie?_foton=constante van Planck ×frequentie
De onderzoeksvraag
Welke waarde heeft de constante van Planck?
Opstelling
Laat de voeding UIT staan. De opstelling die voor je staat is een voeding die een gelijkspanning levert. VOEDING MAG NOOIT BOVEN 10 VOLT KOMEN !! De blauwe spanningsmeter meet de (gelijk)spanning over de spanningsbron. De multimeter meet de spanning over de LED. Met de draaiknop bij de Condensator ‘constante van Planck’ kunnen de verschillende LEDS worden aangezet.
Uitvoering
Controleer of de zwarte voedingsdraaiknop helemaal naar links staat (0 V) en of de schakelaar linksboven op de voeding op gelijkstroom staat (
en niet op wisselstroom (~).Controleer of de condensator op opladen staat (zie foto) en de zwarte draaiknop op B (BLAUW). Het blauwe ledje.
Zet de multimeter op 20V.
Zet nu pas de voeding aan en draai de spanning langzaam hoger. Kijk op de blauwe spanningsmeter en zet deze op 9,5 volt. Nooit > 10 volt. Je leest dit af op de blauwe spanningsmeter, niet op de voeding.
Schakel de condensator om naar ‘ontladen’ als de multimeter 9,5 V aangeeft. De blauwe LED zal branden en de spanning op de multimeter zal langzaam afnemen. Zet de voeding (blijvend) uit, ook voor de andere kleuren.
Wanneer de spanning op de multimeter niet meer zakt, noteer je deze spanning in onderstaande tabel.
Draai de knop van de opstelling naar de volgende kleur. De LED kleurt nu groen. Wacht weer tot de spanning niet verder zakt en noteer de spanning.
Herhaal de stappen 6 en 7 voor de gele en rode LED.
De spanning is een maat voor de energiesprong van de elektronen in de LED. De energiesprong van de elektronen is gelijk aan de energie van de uitgezonden fotonen. Om deze energie uit te rekenen vermenigvuldig je de lading van het elektron met de spanning over de LED.
Kleur Spanning (V) Energie (J) Golflengte (nm) Frequentie (Hz)
Blauw
Groen
Geel
Rood
Met een spectrometer is het lichtspectrum van de verschillende LEDS gemeten. Hieronder zie je alle spectra samen in één figuur. Lees de golflengtes van de verschillende kleuren bij de top af en vul deze in bovenstaande tabel in.
Bepaal de frequentie die hoort bij de afgelezen golflengte.
Op het bijgevoegde grafiekpapier zet je de energie (J) uit tegen de frequentie (Hz).
Teken de gevonden punten uit de tabel in, en teken een trendlijn. Deze trendlijn gaat in ieder geval door de oorsprong en is een rechte lijn.
Bepaal m.b.v. het hellingsgetal de constante van Planck.
reacties: 4
Reactie van: Middelbareschoolproefjes
18-03-2022 om 10:48
Hier een foto van de opstelling:
Reactie van: p.van.altenborg@hr.nl
24-03-2022 om 16:21
Hoi,
Wat leuk dat jullie dit experiment ook doen. Hier moet het schakelingetje met de condensator zelf worden gebouwd. We hebben gebruiken ook UV- en IR-LEDs. Wel een beetje verwarrend voor sommigen want je ziet niks ...
Voor de golflengtes van de LEDs gebruiken we nu de datasheets, maar het meten met een spectrometer is een mooie aanvulling. Ga ik eens over nadenken. Dan kunnen de datasheets worden gebruikt als controle achteraf.
Dank voor het delen,
Peer
Wat leuk dat jullie dit experiment ook doen. Hier moet het schakelingetje met de condensator zelf worden gebouwd. We hebben gebruiken ook UV- en IR-LEDs. Wel een beetje verwarrend voor sommigen want je ziet niks ...
Voor de golflengtes van de LEDs gebruiken we nu de datasheets, maar het meten met een spectrometer is een mooie aanvulling. Ga ik eens over nadenken. Dan kunnen de datasheets worden gebruikt als controle achteraf.
Dank voor het delen,
Peer
Reactie van: Middelbareschoolproefjes
28-03-2022 om 11:36
De waardes zijn al gemeten met een spectrometer. De leerlingen hoeven alleen de getallen af te lezen uit onderstaande figuur. Dat scheelt tijd. De metingen zijn in een kwartiertje te doen. De 8 a 10 opstellingen bouw ik al. Daarna moeten ze stoeien met frequentie = snelheid van het licht / lambda en de grafiek tekenen van de rechte lijn door 4 punten en die door het nulpunt gaat, zodat je een mooiere rechte lijn krijgt. De constante van Planck is dan te berekenen binnen de 50 minuten.
Reactie van: p.van.altenborg@hr.nl
28-03-2022 om 14:18
Oeps, niet goed gelezen ... De meting van het spectrum met Coach ga ik ook eens uitproberen. Wat is trouwens de capaciteit van de elco? Het lijkt een flinke te zijn, maar ik kan het niet zo goed zien op de foto/in het filmpje. Hebben jullie er verschillende voor uitgeprobeerd?
We gebruiken hier 9 verschillende LEDs: 375, 409, 470, 525, 573, 589, 634, 875 en 940 nm (op een plaatje met 4 mm bussen). Dus 1 x UV en 2 x IR. Hierdoor wordt de uitkomst hopelijk wat beter benaderd. Waar komen jullie leerlingen zoal op uit? Jullie IR-LED lijkt niet te worden niet gebruikt. Heeft dat een speciale reden?
Bij ons wordt de uitwerking met Excel gedaan. Dan kun je Excel de trendlijn laten bepalen en ook een inschatting laten maken hoe goed de lijn past bij de punten (R-kwadraat / correlatiecoëfficiënt). Wel mooi dat het binnen een lesuur lukt met een handmatig getekende grafiek.
Vriendelijke groet,
Peer
We gebruiken hier 9 verschillende LEDs: 375, 409, 470, 525, 573, 589, 634, 875 en 940 nm (op een plaatje met 4 mm bussen). Dus 1 x UV en 2 x IR. Hierdoor wordt de uitkomst hopelijk wat beter benaderd. Waar komen jullie leerlingen zoal op uit? Jullie IR-LED lijkt niet te worden niet gebruikt. Heeft dat een speciale reden?
Bij ons wordt de uitwerking met Excel gedaan. Dan kun je Excel de trendlijn laten bepalen en ook een inschatting laten maken hoe goed de lijn past bij de punten (R-kwadraat / correlatiecoëfficiënt). Wel mooi dat het binnen een lesuur lukt met een handmatig getekende grafiek.
Vriendelijke groet,
Peer