Oficina - No Ano Internacional da Quântica vamos Medir a Constante de Planck

Formadores

Conceição Abreu (1) e Tomás Campante (2)

Descrição

Nesta Oficina vamos medir uma constante fundamental da física que tem um papel importante na Mecânica Quântica. A constante de Planck (ou h) foi proposta por Max Planck em 1901 na sua teoria dos quanta em que procurava resolver o problema da distribuição de energia do corpo negro, evitando a chamada catástrofe do ultravioleta. Na sua teoria do efeito fotoelétrico Einstein estabelece uma relação de proporcionalidade entre a energia E do fotão e a sua frequência f de acordo com E=hf.   Na atividade experimental proposta são utilizados LED coloridos na determinação de h. A fundamentação do método baseia-se no facto da tensão de ativação V_D de um LED (i.e. a tensão para a qual o LED começa a emitir luz) ser aproximadamente dada por Vd = hf/e - W/e, sendo e a carga elementar e W uma energia fornecida pela rede cristalina do semicondutor. Esta equação é análoga à que se obtém quando a constante h é medida a partir do efeito fotoelétrico, mas a sua origem e significado físicos são diferentes. A deteção da luz emitida pelo LED é feita com um fototransistor, dispositivo que também tem na base da explicação do seu funcionamento, efeitos quânticos. O método proposto para a determinação de h celebra assim a atribuição de 3 prémios Nobel, Planck em 1918, Einstein em 1921 e Schockley, Bardeen e Brattain em 1956. Na oficina é utilizado um conjunto de LEDs de várias frequências deste a região do visível até ao infravermelho sendo possível com o dispositivo apresentado determinar a ordem de grandeza de h com aproximação às unidades (~ 6´10^-34 Js).

Material Necessário

Meio que permita a utilização de uma folha de cálculo