• Aucun résultat trouvé

Comment estimer la valeur de la constante de Planck ?

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Partager "Comment estimer la valeur de la constante de Planck ?"

Copied!
4
0
0

Texte intégral

(1)

Terminale S

Ecole alsacienne – TP Terminale S Page 1

Nom :………. Coéquipier : ………….

Comment estimer la valeur de la constante de Planck ?

Les diodes électroluminescentes (DEL ou LED en anglais) sont de plus en plus présentes dans notre quotidien : pour l’éclairage, dans les écrans de téléviseurs et d’ordinateurs, dans les télécommandes (LED infrarouges), pour l’affichage alphabétique ou numérique des écrans d’appareils de mesure, de calculatrices, d’horloges, etc.

Dans ce composant, l’énergie électrique est convertie directement en lumière au sein d’un matériau semi- conducteur.

Nous nous proposons, lors de cette activité expérimentale, d’étudier le fonctionnement d’un tel composant, cela nous mènera à retrouver une constante fondamentale en physique quantique : la constante de Planck notée h.

A. COMMENT EST ÉMISE LA LUMIÈRE PAR UNE DEL ?

Comme toute diode, une DEL ne laisse passer le courant que dans un sens. En outre le passage du courant électrique dans la diode est associé à l’émission de lumière.

Une diode est constituée de deux zones, l’une possédant un excès d’électrons (zone dopée n), l’autre

possédant un déficit d’électrons (zone dopée p) appelés trous. Le passage d’un électron de la zone n à la zone p ne se produit que si cet électron possède une énergie minimale ou énergie de seuil.

Lorsque les électrons (qui conduisent le courant du côté dopé n) rencontrent les trous (qui assurent la

conduction de l’autre côté) au niveau de la jonction, la recombinaison électron-trou s’accompagne de l’émission d’un photon. L’émission de lumière par une diode électroluminescente est ainsi un phénomène quantique.

QUESTIONS :

1. Quel type de conversion d’énergie la diode effectue-t-elle ?

(2)

Terminale S

Ecole alsacienne – TP Terminale S Page 2

2. Quel mécanisme est responsable de l’émission de lumière ?

3. Sachant que 1 J = 1 C.V, montrer que la tension U aux bornes de la diode est reliée à l’énergie électrique d’un électron traversant la jonction. Donnée :

Charge élémentaire e = 1,6 x 10

-19

C

4. Quelle est la relation entre la longueur d’onde  émise et l’énergie d’un photon ayant cette longueur d’onde. En déduire le lien théorique entre  et U.

5. Cette émission de lumière se produit-elle quelle que soit la tension imposée par le générateur ?

B. COMMENT MESURER LA TENSION DE SEUIL D’UNE DEL ?

 A l’aide d’un générateur de tension continue réglable, d’une résistance de protection et de deux multimètres, vous devez mesurer la tension de seuil de la DEL dont vous disposez.

Pour cela, vous tracerez la caractéristique (comme en 1ère S) du composant DEL.

La caractéristique d’un dipôle est le graphe établissant la relation entre la valeur de l'intensité dans le dipôle et la tension appliquée à ses bornes. C’est donc le graphe u = f(i) ou i = f(u).

 Représenter le schéma normalisé du montage permettant de faire les mesures nécessaires au tracé de la caractéristique intensité-tension de la DEL dont vous disposez.

 Mesurer simultanément la tension et l'intensité pour des valeurs de tension délivrée par le générateur comprises entre 0 et le maximum accessible. Placer vos résultats dans un tableau.

(3)

Terminale S

Ecole alsacienne – TP Terminale S Page 3

 Tracer, à l’aide de Regressi, la caractéristique et en déduire la valeur de la tension de seuil US recher- chée. Noter l’ensemble des résultats (en estimant l’incertitude) pour chacune des DEL dans un tableau :

DEL US =……….±……….. US =……….±………..

diode bleue diode orange diode verte diode jaune diode rouge

C. COMMENT MESURER LA LONGUEUR D’ONDE DE LA LUMIÈRE ÉMISE PAR LA DEL ? Voici les caractéristiques des DEL utilisées, données par le constructeur :

DEL longueurs d'onde de la lumière émise

diode bleue ML50B23H 465nm

diode orange LTL2H3VFKNT 605nm

diode verte LTL2R3TGK 525nm

diode jaune LTL2P3SYK 590nm

diode rouge LTL2P3SEK 630nm

On se propose de vérifier ces valeurs à l’aide d’un spectromètre numérique.

La lumière à analyser est transmise au spectromètre par l'intermédiaire d'une fibre optique. Elle est alors décomposée par un réseau puis focalisée vers une barrette CCD, sur laquelle se forme le spectre.

La barrette CCD fournit un signal électrique reproduisant l'intensité lumineuse perçue par ses pixels. Ce signal analogique est converti en signal numérique et transmis à l'ordinateur. Les données sont alors traitées par un logiciel qui, connaissant la courbe d'étalonnage du spectromètre, affiche la courbe d'intensité spectrale I = f().

 Tracer l’allure de la courbe d’intensité spectrale obtenue pour les diodes.

(4)

Terminale S

Ecole alsacienne – TP Terminale S Page 4

 Expliquer comment on peut en déduire la longueur d’onde de la lumière émise et les incertitudes liées à cette mesure. Le représenter sur le schéma précédent.

D. COMMENT DÉTERMINER LA CONSTANTE DE PLANCK ?

1. Quelle relation trouvée au paragraphe A. fait intervenir la constante de Planck ?

2. Déduire une estimation de la constante de Planck à partir de l’ensemble des résultats de mesure obtenus pendant la séance. Vous préciserez clairement les étapes de votre raisonnement.

Références

Documents relatifs

L'eau avance dans les tuyaux grâce à la pression. Plus la pression est importante, plus l'eau essaye de s'échapper. Quand il n'y a plus de pression, l'eau n'a plus tendance à

Deuxième partie : On réalise le montage qui correspond au schéma électrique suivant : Attention, le branchement à la source de courant électrique ne se fait qu’à la dernière

En ordonnée : On fait apparaître la tension en V, il suffit pour se faire d’effectuer un cliquer glisser en cliquant sur l’icône du voltmètre et sans lâcher le clic en

- Les technologies les plus classiques de moteurs électriques sont le moteur à courant continu (DC motor), le moteur synchrone, le moteur asynchrone (ou à induction).. Il y a aussi

La tension est une grandeur électrique mesurée entre les bornes d’un dipôle électrique, est symbolisée par U.. Dans le système international des unités (SI), la

Quelle grandeur mesure-t-on entre les bornes de cette pile ?.. I)Notion de tension électrique continue 1) Symbole et unité.. Sur les piles du commerce on peut lire

On alimente un filtre par un générateur BF délivrant entre ses bornes une tension sinusoïdale de fréquence N réglable : u E = U Em sin (2πNt). Définir un

3. La tension délivrée entre les bornes d’une pile est positive et continue alors que celle délivrée entre les bornes d’un alternateur varie au cours du temps en prenant des