Medición de la constante de Planck utilizando LEDs

Medición de la constante de Planck utilizando LEDs
Jhon Fredy Pérez Zamudio Cod. 20081074056
Laboratorio 1 de Física Moderna
Universidad Distrital

1. INTRODUCCION
La constante de planck se puede definir como es una constante física que representa al cuanto elemental de acción. Es la relación entre la cantidad de energía y de frecuencia asociadas a un cuanto o a una partícula. Desempeñaun papel central en la teoría de la mecánica cuántica y recibe su nombre de su descubridor, Max Planck, uno de los padres de dicha teoría.
Un diodo emisor de luz (LED) produce luz de una manera bastante diferente a la que lo hace la familiar lámpara incandescente. En una lámpara incandescente, al elevarse la temperatura del filamento de tungsteno, sus átomos se excitan y transfieren su energía afotones, irradiando luz cuya longitud de onda se encuentra en un rango de centenares de nanómetros.
Los LEDs producen luz en una banda estrecha de radiación, usualmente menor a las decenas de
nanómetros, con un pico característico del material luminescente que lo compone. Los LEDs no requieren un aumento en la temperatura; de hecho, su eficiencia casi siempre se incrementa cuando su temperaturaes disminuida. La electroluminescencia de estos dispositivos es el resultado directo de las propiedades semiconductoras del material del cual están hechos.
El objetivo de este trabajo es determinar el valor de la constante de Planck h utilizando estos diodos emisores de luz y diodos emisores infrarrojos. Para ello se medirá tanto la longitud de onda de los fotones emitidos como su energía, yluego se obtendrá h mediante la relación
E = hν
siendo ν la frecuencia asociada a la longitud de onda medida: ν = c / λ (c es la velocidad de la luz). Para ello es necesario adentrarse en el funcionamiento de los LEDs. Esto permitirá obtener la energía E a partir de la respuesta del LED a un voltaje externo aplicado, comprender como esa energía eléctrica es convertida en energía lumínica, y sabercuál es su longitud de onda característica λ.
2. FUNCIONAMIENTO DE UN LED
Un cristal semiconductor es un sólido dispuesto en un arreglo tridimensional denominado red. El enlace entre átomos está relacionado con los electrones que ocupan las órbitas de energía exteriores. La interacción entre estos electrones y las zonas atómicas positivas mantienen al cristal unido.
Los semiconductores sinimpurezas poseen una angosta zona prohibida, por lo que, a temperatura ambiente un gran número de los electrones de enlace son promovidos desde la normalmente banda completa superior (banda de valencia) a la banda normalmente vacía (banda de conducción).
Así los electrones de la banda de conducción pueden transportar corriente a través del sólido. Los huecos o estados vacíos en la banda de valenciatambién conducen, moviéndose como cargas positivas en sentido contrario a los electrones.
Si la banda de separación es mayor es necesario agregar impurezas para convertir el material en semiconductor. Una impureza dadora es una que posee más electrones de valencia que el átomo que sustituye, puede donar este exceso de electrones a la banda de conducción. Una impureza aceptora es una que poseemenos electrones que el átomo que sustituye, puede aceptar los electrones perdidos de forma tal de cumplir los requisitos de la banda de valencia, dejando los huecos atrás .
Si el sistema posee ambos tipos de impurezas, el material puede disminuir su energía tanto cuando un electrón libre cae en un nivel del aceptor ocupado por un hueco o cuando un agujero libre se recombina con un electrón en elsitio de un dador. La recombinación de un electrón y un hueco en un semiconductor puede ir acompañada de la emisión de un fotón; la energía perdida por el electrón es absorbida por el fotón. Este es el tipo de luminiscencia que tiene lugar en un semiconductor emisor de luz. Se puede mejorar la eficiencia del semiconductor de diversas formas: inyectando electrones en un material en el cual...