P 60: h-Bestimmung mit LEDs

8.9 h-Bestimmung mit LEDs

LEDs (Light Emitting Diodes, Leuchtdioden) zeigen uns den Wert für h!

In Q1 haben wir Halbleitertechnologie kennengelernt. Dazu brauchen wir jetzt das Folgende:

p-Halbleiter: 

feste negative Ladungen, bewegliche positive Ladungen (= Löcher, d.h. fehlende Elektronen in Bindungen)

n-Halbleiter:  

feste positive Ladungen, bewegliche Elektronen

Bringt man p und n-Halbleiter zusammen, so diffundieren Löcher und Elektronen, rekombinieren und bilden eine Zone ohne frei bewegliche Ladungen. Die festen Ladungen erzeugen eine Grenzspannung, auch Diffusionsspannung genannt.

sps-Lehrgang

 

Sperrichtung: p wird an den Minuspol und n an den Pluspol angeschlossen. Dadurch vergrößert sich die ladungsfreie Zone  (das äußere Feld verstärkt das innere Feld) und das verhindert den Strimfluß

Durchlassrichtung: p an Plus, n an Minus...jetzt baut die von außen angelegte Spannung das innere elektrische Feld ab.

Elektronikkompendium

 

Ab einer bestimmten angelegten Spannung, die vom inneren Aufbau der Diode abhängt, können Elektronen und Löcher die ladungsfreie Zone überwinden, remombinieren und geben Licht ab. Die angelegte Spannung muss dazu mindestens gleich der Grenzspannung sein. Dann fließt ein Strom.

Bei einer LED passiert das so, dass dieses Licht auch herauskommt, die LED leuchtet.

leifiphysik

Dabei ist die Frequenz des Lichtes durch die Grenzspannung gegeben, ab der die Elektronen und Löcher zusammentreffen können.

Es muss also auch hier gelten:

h*f = e*U.

Die Frequenz kann man über die Wellenlänge bestimmen (die ist vom Hersteller angegeben), die Grenzspannung kann man messen.

Trägt man U gegen f auf, erhält man eine Ursprungsgerade mit h/e als Steigung.

 

In der Schalttafel ist nein Vorwiderstand eingebaut (100 Ohm). Die Spannung wird direkt an der Diode gemessen. 

(Sie ist etws kleiner als die angelegte Spannung, da noch ein Schutzwiderstand von 100 Ohm in Reihe geschaltet ist).

Und nun kommen wir zur Aufnahme der Messwerte.

Schreibt Wellenlänge und Spannung auf und bestimmt damit die Plancksche Konstante h.

 Blau:

 

Grün:

 

Gelb:

 

Rot und röter:

 

 IR:

 

 Ich habe einmal die Messdaten in ein Diagramm eingetragen. Der Ursprung gehört als sicherer Punkt mit dazu.

Dann liegen drei Punkte fast auf einer Geraden durch den Urspung. Damit erhält man einen Wert für h, der  im Diagramm steht.

Nimmt man die anderen beiden Messpunkte mit geringerer Gewichtung dazu, so kommt man auf einen etwas höheren Wert.

Die Abweichungen bewegen sich zwischen -12% und + 6%.

Ich denke, dass durch eine Aufnahme der Kennlinie I(U) und die Bestimmung des Einsatzes mit Hilfe einer Tangente genauere Werte erhältlich sind.

Das ist aber hier nicht unsere Aufgabe.