ثابت پلانک و فوتوالکتریک 2559

برای دیدن تصویر بزرگتر کلیک کنید
نمایش بزرگتر تصویر





 دستگاه اندازه گیری ثابت پلانک

(Plank's Constant Measuring Instrument )

این دستگاه می‌تواند آزمایشی دربارۀ قانون اثر فوتوالکتریک را به‌انجام برساند و ثابت پلانک را با استفاده از رابطۀ انیشتن راجع به اثر فوتوالکتریک بدست آورد. دستگاه دارای ویژگی‌هایی شامل ساختار جمع‌وجور، سرعت، عملکرد راحت، کارایی مداوم، تعمیر راحت و ارزان و اقناع حس کار گروهی دانش‌آموزان است. آند لامپ نوری به صورت مستقیم نمی‌تابد. پس شدت جریان عکس، کم است.

مشخصات

·      طول موج فیلترهای رنگی: 635 nm , 570 nm , 540 nm , 500 nm , 460 nm

·      منبع نور: 12V/35W لامپ هالوژن تنگستن

·      جزء حساس: لامپ خلأ نوری (vacuum phototube )

·      جریان تاریک: کمتر از 0.003 μA

·      دقت ولتاژ شتاب‌دهنده: کمتر از ±2%

·      خطای اندازه‌گیری: کمتر از ±15% در مقایسه با مقدار به رسمیت شناخته شده (h=6.62619×1034 J.S )

·      منبع برق: 220±22 V , 50Hz±1Hz    (یا 110±11 V , 60Hz±1Hz )

ساختار
 این دستگاه به طورعمده از یک منبع نور، جعبۀ تاریک دریافت‌کنندۀ نور (لامپ نور در درون آن قرار دارد)، تقویت‌کنندۀ DC و پنج عدد فیلتر رنگی تشکیل شده است. منبع نور و جعبۀ تاریک دریافت‌کننده بر روی راهنما نصب شده است و فاصلۀ بین آن‌ها قابل تنظیم است و با مقیاس نشان داده شده است.

شماره

نام جزء

توضیحات

1

منبع نور

12V/35W لامپ هالوژن تنگستن

2

راهنما

منبع نور را در راستای آن حرکت دهید. فاصلۀ بین منبع نور و جعبۀ تاریک دریافت‌کننده، قابل تنظیم است.

3

مقیاس

طول کل آن 400 mm است و مرکز لامپ خلأ نوری به عنوان صفر در نظر گرفته می‌شود.

4

دریچۀ دوربین

قسمت جلو برای نصب فیلترهای رنگی استفاده می‌شود و در قسمت عقب لنز فوکوس نصب می‌شود.

5

پوشش

به عنوان پنجرۀ نصب و نمایش لامپ خلأ نوری استفاده می‌شود.

6

لنزهای فوکوس

یک تصویر واضح از منبع نور در صفحۀ کاتد ایجاد می‌کند.

7

لامپ خلأ نوری

جزء حساس

8

جعبۀ تاریک دریافت‌کننده

لامپ خلأ نوری درون جعبه تعبیه شده است و لنز دوربین در قسمت جلویی نصب شده است.

9

اندازه‌گیرندۀ دیجیتال

جریان (μA ) یا ولتاژ (V ) را نشان می‌دهد.

10

کلید حالت نمایش

حالت نمایش ولتاژ یا جریان را انتخاب می‌کند.

11

ضرب‌کنندۀ جریان

پیچ تنظیم ضرب‌کنندۀ جریان

وقتی پیچ در موقعیت " 1 ×" قرار دارد، 10-6 A جریان نور اندازه گرفته می‌شود.

وقتی پیچ در موقعیت " 0.1 ×" قرار دارد، 10-7 A جریان نور اندازه گرفته می‌شود.

وقتی پیچ در موقعیت " 0.01 ×" قرار دارد، 10-8 A جریان نور اندازه گرفته می‌شود.

وقتی پیچ در موقعیت " 0.001 ×" قرار دارد، 10-9 A جریان نور اندازه گرفته می‌شود.

12

تنظیم کنندۀ شدت نور

تنظیم کننده برای انتخاب شدت نور، چرخش ساعتگرد قوی‌تر است و چرخش پادساعتگرد ضعیف‌تر، و در انتهای مکان پادساعتگرد، OFF قرار دارد.

13

تنظیم کنندۀ ولتاژ شتاب‌دهنده

پیچ برای تنظیم ولتاژ شتاب‌دهنده

14

کلید جهت ولتاژ

کلید برای انتخاب جهت ولتاژ. ±15V ولتاژ شتاب‌دهنده ارائه شده است.

15

کلید برق

 

16

نشانگر برق

 

نصب و تنظیمات

دستگاه را بر روی میز آزمایش قرار دهید و آن را روشن کنید، منبع نور(1) را به موقعیت 250 mm منتقل کنید ، تنظیم‌کنندۀ شدت نور(12) را در شدت نور کمتر تنظیم کنید.

پیچ‌های پوشش(5) را شل کنید و آن را بردارید، فاصلۀ بین منبع نور(1) و جعبۀ تاریک دریافت‌کننده(8) را تغییر دهید. موقعیت جایگاه لامپ نوری را طوری تنظیم کنید که تصویری واضح از منبع نور(1) بر صفحۀ کاتد پدیدار شود، حال پوشش(5) را در سر جای خود بگذارید و پیچ‌های آن را سفت کنید.

تنظیمات الکتریکی

·      کلید حالت نمایش(10) را بر روی نمایش ولتاژ قرار دهید. ولتاژ شتاب‌دهنده(13) را تنظیم کنید تا ±15V ولتاژ پایدار بدست آورید.

·      درپوش را در دریچۀ دوربین(4) جعبۀ تاریک(8) قرار دهید و ضرب‌کنندۀ جریان(11) را تنظیم کنید تا " 1 ×"، " 0.1 ×"، " 0.01 ×" و " 0.001 ×" را انتخاب کنید تا جریان سیاه را کمتر از 0.003 μA نگه دارید.

·      تنظیم‌کنندۀ شدت نور(12) را تغییر دهید تا شدت‌های نور متفاوتی بدست آورید. سه وضعیت موجود است، شدیدتر، ضعیف‌تر و خاموش.

·   تنظیمات بهترین وضعیت کار: نور باید به جای درخشیدن در آند، در قسمت میانی صفحۀ کاتدی لامپ نوری بدرخشد. کاربر می‌تواند بدون اینکه شرایط دیگر تغییر کند، دستگاه را تنظیم کند تا بیشترین میزان درخشش نور را دریافت کند و این بهترین حالت عملکرد دستگاه است.

اکنون، تمام قسمت‌های دستگاه بررسی و تنظیم شده است.

مراحل آزمایش

·      منبع نور(1) را به موقعیت 250 mm منتقل کنید، دستگاه را روشن کنید، بعد از 5 دقیقه پیش گرمایش، ضرب‌کنندۀ جریان(11) را در موقعیت " ×1 " قرار دهید.

·      فیلتر رنگ قرمز ( 635 nm ) را در دریچۀ دوربین(4) قرار می‌دهیم، تنظیم کنندۀ شدت نور(12) را در حالت نور کمتر قرار می‌دهیم، جهت ولتاژ(14) را بر روی "+" قرار می‌دهیم و ضرب‌کنندۀ جریان(11) را بر روی " 1 ×" یا " 0.1 ×" قرار می‌دهیم. تنظیم‌کنندۀ ولتاژ شتاب‌دهنده(13) را طوری تنظیم می‌کنیم که جریان نور به تدریج افزایش یابد و به اشباع برسد. ولتاژ جریان اشباع‌شده را اندازه می‌گیریم. می‌توانیم برای بررسی ولتاژ یا جریان حالت نمایش(10) را تغییر دهیم.

·     جلوی نور روزنه را با دست بگیرید، جریان نور به سرعت ناپدید می‌شود؛ حال اگر دست را از جلوی نور برداریم، جریان نور به سرعت پدیدار می‌شود. جریان نور به سرعت پدید می‌آید و هیچگاه از 10-9 s تجاوز نمی‌کند.

·      فاصلۀ (R ) بین منبع نور(1) و لامپ خلأ نوری(7) را تغییر دهید، مقدار R و جریان نور (I ) را یادداشت کننید. نمودار I-1/R2 را رسم کنید. این نمودار، یک خط راست خواهد بود، که نشان می‌دهد که رابطۀ بین I و 1/R2 یا جریان نور و شدت نور دارای نسبت مستقیم است.

·      فیلتر رنگی قرمز ( 635 nm ) را قرار دهید، تنظیم‌کنندۀ شدت نور(12) را در وضعیت نور قوی‌تر قرار دهید، جهت ولتاژ(14) را بر روی "-" قرار دهید و نمایشگر را روی حالت نمایش جریان تنظیم کنید. ولتاژ شتاب‌دهنده را روی حدود 0V تنظیم کنید و ضرب‌کنندۀ جریان را روی " 0.001 ×" قرار دهید، ولتاژ شتاب‌دهنده را طوری تنظیم کنید که جریان نور را تا صفر کاهش دهد. مقدار ولتاژ شتاب‌دهنده را یادداشت کنید؛ این مقدار ولتاژ را ولتاژ توقف (Vj ) طول موج 635 nm گویند. Vj طول موج‌های دیگر را به روش مشابه بدست آورید. این 5 داده Vj و طول موج‌ها (x ) را برای محاسبه یادداشت کنید. با استفاده از رابطۀ برگشت خطی می‌توان به سادگی ثابت پلانک (h ) را بدست آورد.

نگهداری

این دستگاه باید در مکان‌های داخلی بدون خورندگی و در جای خشک و بدون جریان هوا به کار گرفته شود. دما باید بین 0-40 °C باشد. مطمئن شوید که هنگامی که دستگاه را در مکان آزمایش و روی میز قرار می‌دهیم، در معرض نور مستقیم (برای مثال نور خورشید) قرار نمی‌گیرد. به محض اینکه آزمایش را به اتمام رساندید، روزنه را با یک درپوش سیاه بپوشانید تا از لولۀ نوری محافظت شود. اگر حساسیت لولۀ نوری در طول زمان کم شد، آن را تعویض کنید. دستگاه را در مکانی ضد رطوبت و ضد غبار نگهداری کنید. اگر گرد و غبار روی لولۀ نوری، آینۀ دریافت و فیلتررنگی نشست، با استفاده از یک پارچۀ کتان جاذب و حلالی از الکل و اتر، بلافاصله آن‌ها را تمیز کنید. فیلترهای رنگی باید در ظرف خشک نگهداری شود.

در حین آزمایش باید از بار الکتریکی اضافی (ولتاژ یا جریان بیشتر از حد)اجتناب شود.هنگامی که ولتاژ یا جریان ناشناخته است، پیچ باید روی محدودۀ اندازه‌گیری حداکثر تنظیم شود.

فراموش نکنید که بعد از اتمام آزمایش دستگاه را از برق بکشید و درپوش سیاه را در دریچۀ دوربین قرار دهید.