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3. Description
L'appareil pour la constante de Planck permet de
déterminer la constante de Planck h et le travail de
sortie des électrons W de la cathode en césium de la
cellule photoélectrique selon la méthode de la
différence de potentiel inverse.
Il comprend une cellule photoélectrique à vide, un
voltmètre pour la mesure de la différence de potentiel
inverse, un nanoampèremètre pour la mesure du courant
photoélectrique et une source de tension pour les DEL. En
tant que sources lumineuses de fréquence différente, cinq
diodes électroluminescentes (DEL) de longueur d'onde
connue sont disponibles. L'intensité de la lumière émise
peut varier chaque fois entre 0 et 100 %. La cellule
photoélectrique se compose d'une cathode vaporisée de
césium et d'une anode cylindrique. Si l'appareil est sous
tension, une tension est présente entre ces électrodes : elle
peut être réglée à l'aide de deux boutons.
L'alimentation en courant de l'appareil s'effectue à
partir
d'une
alimentation
L'appareil pour la constante de Planck dont la
référence est 1000536 / U10700-115, est conçu pour
une tension du secteur de 115 V (±10 %), l'appareil
dont la référence est 1000537 / U10700-230 pour une
tension du secteur de 230 V (±10 %)
4. Caractéristiques techniques
Cellule photoélectrique : Type 1P39, Césium (Cs)
Voltmètre :
Précision :
Nanoampèremètre :
Précision :
DEL :
Dimensions :
Poids :
5. Bases théoriques
L'effet photoélectrique fut une des dernières
énigmes de la fin du 19ème siècle et du début du
20ème siècle, époque à laquelle on pensait avoir
quasiment fait le tour de la question en physique. La
théorie classique ne permettait pas d'expliquer ce
phénomène. En 1905, Einstein parvint à faire une
description théorique incroyablement simple de cet
effet, à l'aide de la théorie quantique introduite par
Max Planck. Il expliqua que la lumière est composée
de particules appelés photons. L'énergie E, de ces
photons (quanta de lumière) devait être directement
proportionnelle à leur fréquence f et leur nombre
d'impulsions p indirectement proportionnel aux
longueurs d'ondes λ :
=
⋅
⋅
=
λ
E
h
f
p
h
/
La constante de proportionnalité h est désignée
enfichable
fournie.
3½ digit., LCD
0,5 % (typique)
3½ digit., LCD
1 % (typique)
472 nm, 505 nm, 525 nm,
588 nm, 611 nm
280x150x130 mm³
env. 1,3 kg
comme la Constante de Planck. Cela signifie que
l'énergie
sous
électromagnétique ne peut être émise qu'en petits
paquets, appelés quanta. Cette valeur minimale
dépend de la fréquence. La Constante de Planck est
une constante naturelle fondamentale dont la valeur
exacte est h = 6,62606896*10
Dans cette expérience, la lumière de la diode
électroluminescente connectée, rencontre l'anode
cylindrique sur la cathode. Si un électron rencontre
un photon, le photon lui transmet toute son énergie,
= ⋅ ) par effet photoélectrique. Une partie de
( E
h f
cette énergie servira à repousser les électrons de la
surface métallique (travail de sortie W). Le reste de
l'énergie est mis à disposition des électrons sous
forme d'énergie cinétique :
= ⋅ −
E
h f W
kin
Le travail de sortie des électrons s'agit d'une grandeur
dépendant du matériau et de la température et pour le
césium, elle est égale à 2,14 eV pour 0 K et environ 2 eV
à température ambiante.
Selon la différence de potentiel inverse appliquée
entre la cathode et l'anode, un flux d'électrons
circule de la cathode vers l'anode, mesuré à l'aide du
nanoampèremètre. Correspond à la différence de
potentiel inverse de la tension limite U
⋅
=
= ⋅ −
e U
E
h f W
0
kin
donc ce courant atteint la valeur 0 nA.
Dans un diagramme f
mesurées pour différentes fréquences f se trouvent
sur une droite de gradient h et d'une section de
coordonnée y W. En fonction du matériau de la
cathode, l'axe des ordonnées y de la droite
correspondante, est différent. La montée de la droite
dépend du matériau de la cathode.
6. Manipulation
6.1 Mesure des tensions limites avec une
intensité lumineuse de 75 %.
•
Raccordez
l'alimentation
l'alimentation en courant.
•
Réglez l'intensité lumineuse sur 75 %.
•
Insérez la fiche de la première source lumineuse
dans la douille de jonction pour les DEL.
•
Appuyez sur les tiges de verrouillage du boîtier
creux au niveau du tube analyseur de la cellule
photoélectrique et tirez-le vers le bas.
•
Poussez entièrement le boîtier des DEL sur le tube
analyseur de la cellule photoélectrique jusqu'à ce
que les tiges de verrouillage s'enclenchent.
•
Placez le bouton de réglage fin pour la différence
de potentiel inverse en position médiane.
Précision : Il est recommandé, lors de la première
mesure, d'attendre quelques minutes avant de
commencer le réglage de la tension limite.
2
forme
de
rayonnement
-34
Js.
avec
0
−
=
⋅
19
et
e
1,6021 10 C
e U ⋅ , les tensions limites U
0
enfichable
0
pour
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