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3. Description
L'appareil pour la constante de Planck permet de
déterminer la constante de Planck et le travail de
sortie des électrons 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 enfichable fournie. L'appareil pour la
constante de Planck dont la référence est U10700-115,
est conçu pour une tension du secteur de 115 V (±10 %),
l'appareil dont la référence est 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
La lumière de la diode électroluminescente connectée
rencontre l'anode cylindrique sur la cathode et y excite
les électrons avec de l'énergie cinétique
= ⋅ −
E
h f W
kin
= ⋅
Ainsi, E
h f
représente l'énergie des photons de
la lumière utilisée, selon la théorie d'Albert Einstein
sur l'effet photoélectrique.
W représente le travail de sortie des électrons de la
cathode, donc l'énergie minimale nécessaire pour
repousser les électrons de la surface métallique. Il 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
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
avec
0
⋅
=
= ⋅ −
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.
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.
•
Patientez quelques minutes et compensez le
courant photoélectrique sur environ zéro à l'aide
du bouton de réglage approximatif.
•
Optimisez la compensation à zéro avec le
bouton de réglage fin.
•
Notez la différence de potentiel inverse réglée
de cette manière en tant que tension limite U
•
Recommencez la mesure avec les quatre DEL
restantes.
6.2 Détermination de la constante de Planck h.
A partir des longueurs d'onde λ appliquées,
•
calculez les fréquences
de la lumière.
•
A partir des tensions limites U
e U ⋅ avec
énergies
0
•
Reportez
les
diagramme énergie/fréquence.
•
Tracez une droite passant par les valeurs et
déterminez la constante de Planck h à partir du
gradient et du travail de sortie W de la section
de coordonnée y.
6.3 Preuve de l'indépendance de la tension
limite par rapport à l'intensité lumineuse.
•
Choisissez une DEL.
•
Réglez l'intensité maximale et déterminez la
tension limite U
0
•
Réduisez progressivement l'intensité à zéro et
déterminez chaque fois la tension limite U
2
−
=
⋅
19
et
e
1,6021 10 C
e U ⋅ , les tensions limites U
0
enfichable
c
f =
c = ⋅
avec
3 10
λ
, calculez les
0
=
⋅
−
19
e
1,602 10 C
.
valeurs
obtenues
dans
.
0
pour
.
0
m
8
s
un
.
0
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