Resumo teórico Diodo emissor de Luz: Um diodo emissor de luz consiste em uma junção entre semicondutores fortemente dopado. De acordo com o diagrama de energia estabelecido em uma junção, ao aplicarmos um campo elétrico externo oposto ao local, estaremos polarizando diretamente o diodo e fazendo-o conduzir e a corrente elétrica obtida aumenta com a tensão aplicada na junção.
EGap
hF
EF
Elétrons de maior mobilidade
EF EGap
Lacunas disponíveis
Lado p
junção Lado n
Fig09: Diagrama de energia para uma junção pn Quando aplicamos uma tensão externa a junção, os elétrons de condução ganham energia suficiente para vencer a barreira de potencial e caminhar para a região p. Podemos ver na fig. 09 que para os elétrons de maior mobilidade , penetrarem na região p a quantidade de energia máxima necessária é dada por:
eVaplicada = Egap + EF
(eq.01)
Quando o elétron passar para a região p, podemos ter uma recombinação entre elétrons e
Vê-se facilmente que, a freqüência máxima emitida pelo LED é definida pela largura da banda proibida do semicondutor e, podemos dizer que:
hFmax EGap ΔE F
(eq. 02)
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Determinação da constante de Planck: Veja como determinar a largura de emissão de um LED no link http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/2010/04/largura-espectral-de-emissao-de-leds.html Nosso objetivo é determinar a ordem de grandeza da constante de Planck através da determinação da ddp necessária para acender um LED. Para isto vamos considerar que a energia necessária para acende-lo será no mínimo igual a energia da radiação emitida. A medida da DDP é realizada diretamente nos terminais do LED quando se observa o inicio de emissão. Numa primeira aproximação podemos dizer que
O valor da freqüência de emissão é obtido através da observação do espetro de emissão do LED com uma rede de difração O valor da constante h pode, portanto ser obtida através da informação de F e V acender.
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Largura espectral de emissão de semicondutores e a determinação da constante de Planck Atividade R2............................................................................................data:............/............./........... Nome
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1. Espectro de um LED – Determinação da freqüência de emissão. Como vimos nos simuladores existe uma banda de transição para o elétron retornar a banda de Valencia em um semicondutor e, portanto a radiação emitida apresenta uma faixa de freqüências possíveis. Dizemos que o espectro observado é um espectro de bandas. Para determinar a largura espectral de emissão teremos o seguinte procedimento: 2Xmax
2Xmin
Rede de difração
Para compensar eventuais problemas de assimetria faça a media de um extremo a outro do espectro e obtenha o valor de 2X.
Utilizando a Lei de Young determina-se o comprimento de onda associado a cada desvio em seguida determinamos o valor médio
A largura espectral será dada por: 3 marisac@pucsp.br
O valor do comprimento de onda de emissão do LED será dado por
Considere as fotos disponíveis nos links abaixo obtidas para os LEDs verde e vermelho com uma rede de difração de 570 linhas/mm e determine a largura espectral e o comprimento de onda médio de emissão de cada LED Link para baixar as imagens http://optativafisicaufrgs.blogspot.com/2010/06/fotos-espectro-dos-leds.html
Se preferir utilizando o tracker para medir os desvios observados Link para o tracker: http://xviiisnefnovastecnologias.blogspot.com/2009/03/trackerum-software-livre-paraanalise.html
Determine a partir da Figura acima o valor do comprimento de onda de emissão de cada LED com a correspondente largura espectral Tabela 1 – Largura espectral de cada LED (nm) LED verde Led Vermelho
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Tabela 2- Largura espectral em frequência Led Verde Freqüência emissão Freqüência emissão
mínima
de
máxima
de
Led Vermelho
2. Determinação da constante de Planck utilizando LEDS a. Com os LEDS conectados em série varie a tensão entre os terminais até que se inicie o acendimento de cada um deles. Anote na tabela abaixo Vacender
Fmax
Fmin
Led Verde Led Vermelho
b. Determine o valor da constante de Planck para cada caso considerando a equação:
Tabela 3: Determinação da constante de Planck h para Fmax
h ara Fmin
h medio
Δh1/2
Led Verde Led Vermelho
3. Compartilhando os resultados obtidos Clique no link abaixo e compartilhe os resultados obtidos: http://spreadsheets.google.com/ccc?key=tAA3pzK4r_LuAAnSLOYnYqg&hl=pt_BR#gid=0
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4. Analise Estatística do Resultado Transfira todos os dados compartilhados para sua planilha e calcule o valor médio de h Tabela final LED verde e Vermelho Tabela 4 Fmin
Fmax
Vacender
hmin
hmax
Valor médio
O valor de h da amostra será dado por:
h final da amostra = (hmax (medio) + hmin (medio) )/2= Incerteza em h devido a largura espectral (Δh1/2) = (hmax (medio) - hmin (medio) )/2=
(hmedio ± Δh1/2) =
Verifique se o resultado obtido na tabela 3 está dentro da media obtida para a amostra
Analise os resultados obtidos e diga se podemos aceita-lo estatisticamente.
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