Determinacion de la cte de planck

Determinación de la Constante de Planck Utilizando una Lámpara de Tungsteno.
Laboratorio 5 - Departamento de física- FCEyN- UBA-Dic.2000 Luis Martino y Verónica Raspa - veronicaraspa@ciudad.com.ar Con un modelo simple y un montaje al alcance de cualquier estudiante de grado, se midió la constante de Planck con un error menor al 5% . El resultado obtenido fue h = (6,5×10-34 ± 0,3×10-34). Pudomodelarse la relación funcional entre la temperatura y la resistencia de la fuente utilizada a través de una ley potencial de exponente (0.817± 0.002). !" Introducción: Toda superficie cuya temperatura sea mayor que la del cero absoluto, emite radiación térmica. En los diversos procesos que originan la radiación, se emite un espectro completo de longitudes de onda. Por lo tanto deberíamos esperar quela rapidez de emisión de energía integrada sobre todo el espectro, aumente con la temperatura a causa del incremento de la agitación térmica de sus moléculas, así como también que fuese proporcional al área de la superficie. En este trabajo se determinó la constante de Planck, a partir de la radiación de cuerpo negro(1-3) del filamento de una lámpara de tungsteno. Se asumió que la potenciaeléctrica disipada fue enteramente emitida como radiación y que el filamento utilizado es un cuerpo negro perfecto. La radiación de cualquier superficie, es emitida como cuantos de energía, de acuerdo con la ley de Planck. Cada cuanto tiene una energía ε=hυ, donde υ denota su frecuencia y h la constante de Planck (6.6261762×10-34 J.s). La ley de Planck(4) conlleva a la siguiente distribución defrecuencias para la intensidad de radiación de un cuerpo negro a una temperatura T.
Ι(υ , Τ) ≡ 8π ⋅ h υ3 c 3 exp( hυ ) − 1 kΤ

Si hυ1, y en estas condiciones, la ecuación anterior puede ser expresada como:
 hυ 1 1  Ι 1 (T1 ) ≈ exp  k (T − T )   Ι 2 (T2 )  1 2 

!" Montaje experimental:

Ec.II

Un esquema del montaje utilizado puede verse en la figura 1. Se utilizó como fuente una lámparade tungsteno de 40 watts de potencia alimentada por un autotransformador (0-240V).

Ec.I

Donde c, es la velocidad de la luz, k la constante de Boltzmann (1.38×10-23 J°K) y h la constante de Planck. Podemos expresar el cociente de dos intensidades medidas a la misma frecuencia para dos temperaturas diferentes T1 y T2, de la siguiente forma:

Fig.1:dispositivo utilizado

Como selector delongitudes de onda, se utilizó un Monocromador Czerny-Turner con un rango de operación de hasta 800nm. Fue necesario hυ remover las rendijas de entrada y salida para exp( ) − 1 lograr una señal mayor. Ι1 (Τ1 ) kΤ1 ≡ hυ El detector empleado fue un diodo de Ι 2 (Τ2 ) exp( ) − 1 silicio de respuesta espectral 350-1100nm, kΤ2 colocado a la salida del Monocromador. Determinación de la Constante de PlanckUtilizando una Lámpara de Tungsteno 1

Se conectó el diodo a la entrada de corriente de un lockin (106 V/A, sensibilidad 500mV) y se utilizó como señal de referencia la provista por un chopper ubicado a la entrada del Monocromador. Este dispositivo provee una señal pulsada al permitir o no el paso de la luz; que el lockin utiliza para eliminar el ruido ambiental de la señal proveniente de lalámpara y entrega de esta forma, una señal voltaica amplificada que es adquirida por una PC. Pueden registrarse así valores proporcionales a la intensidad de la fuente. Es importante aclarar que todo el dispositivo mencionado anteriormente se colocó dentro de la caja que está representada en la figura 1 y que puede verse detalladamente en la figura 2.

Se utilizaron además, dos multímetros en lasmediciones de corriente y voltaje necesarias para obtener la resistencia del filamento. Fue necesario, verificar la linealidad entre el voltaje entregado por el diodo y la intensidad de la lámpara, para ello se empleó el dispositivo que puede verse en la figura 3.

Se utilizó como fuente un láser de helioneón y como detector un diodo de silicio. Para lograr una variación en la señal...