Relatório_Lab_de_Òptica_e_Moderna_VII_Determinação_da_constante_de_Planck

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO PIAUÍ
CAMPUS PICOS
CURSO FÍSICA
GUILHERME ITAMAR VELOZO DE MELO
MARIA RITA DA SILVA GUIMARAES
RIQUELMI FRANCISCO DA ROCHA
DETERMINAÇÃO DA CONSTANTE DE PLANCK
PICOS
2023 
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO	3
1.1 OBJETIVOS	3
2. REFRENCIAL TEÓRICO	3
2.1 A CONSTANTE DE PLANCK	3
3. MATERIAIS E MÉTODOS	5
4. RESULTADOS E DISCURSSÕES	6
5. CONCLUSÃO	9
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	10
1. INTRODUÇÃO 
A Óptica é a área da Física que estuda os fenômenos relacionados a luz, assim a óptica está presente no cotidiano, e possui diversas aplicações, tais como: correções de problemas na visão, fabricação de óculos e outros instrumentos ópticos, lunetas e telescópios, além dos espelhos e lentes, também são estudados nesse ramo da Física os fenômenos de difração, reflexão, dispersão, dentre vários outros.
Neste trabalho relatamos as atividades desenvolvidas na disciplina de laboratório de Óptica, com o intuito de identificar, analisar e caracterizar fenômenos relacionados a luz, discutir e apresentar os resultados a partir das experimentações realizadas no referido laboratório.
1.1 OBJETIVOS 
 
	O objetivo Geral do trabalho é:
• Determinar a constante de Planck utilizando as tensões limiares e os comprimentos de onda dos LEDs, método rápido;
• Reconhecer o princípio de funcionamento de diodos semicondutores.
2. REFRENCIAL TEÓRICO 
2.1 A CONSTANTE DE PLANCK
O Max Planck (1858-1947), em 1918 é premiado como Nobel em Física, face as suas pesquisas sobre as teorias quânticas, ao propor a seguinte teoria: “A radiação é absorvida ou emitida por um corpo aquecido não sob a forma de ondas, mas por meio de pequenos ‘pacotes’ de energia”. Ele começou a estudar a radiação do corpo negro em 1897 (HEWITT, 2011, p.553). 
Na busca do entendimento sobre a natureza da luz, James Clerk Maxwell (1831-1879), pesquisador escocês, propõe sua teoria para a luz composta de ondas 3 eletromagnéticas. Essa teoria elucida diversas dúvidas sobre a luz, porém não elucida questões como o porquê alguns objetos emitiam cores quando esquentados (corpo negro) (FOGAÇA, 2014). 
Os cientistas procuravam elucidar as leis da radiação do corpo negro, no entanto as informações geradas das experiências eram contrárias a teoria da ondulatória de Maxwell, onde essa questão passou a ser conhecida pelo nome de catástrofe do ultravioleta. A Física proferia que para todo corpo negro a alguma temperatura diferente de zero, emitiria radiação ultravioleta intensa, isso significa que aquecer um objeto levaria a uma destruição do seu entorno pela emissão de radiações de altas frequências (FOGAÇA, 2014).
Segundo SERWAY e JEWETT (2014), “Em 1900, Max Planck desenvolveu um modelo estrutural para a radiação do corpo negro que leva a uma equação teórica para a distribuição de comprimento de onda que está completamente de acordo com os resultados experimentais em todos os comprimentos de onda”. O modelo de Planck pode ser descrito da seguinte maneira:
• Componentes físicos do sistema: Planck identificou a radiação de corpo negro como resultante de osciladores, relacionada com as partículas carregadas dentro das moléculas do corpo negro. 
• Local onde os componentes estão localizados em relação um ao outro e como interagem: Os osciladores que emitem radiação de corpo negro observável estão localizados na superfície do corpo negro. A energia do oscilador é quantizada, ou seja, ela só pode ter determinadas quantidades discretas de energia (), dada por:
	
	
	(1)
Onde: 
 = 6,626∙10-34 J∙s (Constante de Planck); = frequência do oscilador; = um número inteiro positivo chamado de número quântico.
Como energia de cada oscilador pode ter apenas valores discretos dada pela equação 1 pode-se dizer que a energia é quantizada. Cada valor discreto corresponde a um estado quântico. Onde o oscilador só irradia ou absorve energia quando muda de estado quântico. 
• Uma descrição da evolução do sistema no tempo: Toda a diferença de energia entre os estados inicial e final na transição é emitida por um único quantum de radiação (E). A equação 2 mostra que a quantidade de energia irradiada pelo oscilador é: 
	
	
	(2)
Segundo SERWAY e JEWETT (2014), o ponto chave na teoria de Planck é a radical suposição de estados de energia quantizadas. Um quantum é a menor unidade elementar de uma grandeza. A energia radiante, por exemplo, é composta por muitos quanta, cada qual chamado de fóton posteriormente por Einstein. Portanto, quanto mais fótons houver no feixe, mais energia ele conterá (HEWITT, 2011, p. 556). Esta função inclui o parâmetro h, que Planck ajustou de modo que sua curva corresponda aos dados experimentais em todos os comprimentos de onda. O valor é encontrado como sendo independente do material (k) de que o corpo negro é feito e 4 da temperatura (T), se tornando uma constante fundamental da natureza (SERWAY e JEWETT JR, 2014).
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Experimento 1
· 01 Painel para constante de Planck por luminescência – EQ246A;
· 01 Fonte de alimentação digital, saída ajustável 0 a 30 VCC, 5 ACC – EQ030F; 
· 02 multímetro digital – 30000.02;
· 03 cabo elétrico flexível, preto, 0,5 metro, com pinos de pressão - EQ040.03;
· 03 cabo elétrico flexível, vermelho, 0,5 metro, com pinos de pressão - EQ040.04;
Procedimentos do Experimento:
	Sequência de medidas referentes ao LED D1.
· Regulamos a fonte de tensão da fonte externa ao painel para 4,0 V CC, em seguida foi ligado o LED D1 e, através do potenciômetro do painel variamos a tensão para seu valor máximo, depois anotamos os valores indicados para a tensão e para a corrente.
Em sequência através do potenciômetro do painel, diminuímos em torno de 0,05 V na tensão e anotamos os novos valores da tensão e da corrente.
Sequência de medidas referentes aos LEDs D2, D3, D4, e D5 são análogas a sequência de medidas referente ao LED D1.
· Depois de calculado os valores da tensão e corrente para os LEDs, calculamos agora o comprimento de onda para cada LED.
Utilizando o LED D1 de comprimento de onda conhecido
A partir de uma planilha eletrônica, construímos o gráfico V versus i com as medidas de tensão e corrente obtidas para o LED D1. 
Utilizamos a equação da linha de tendência determine a tensão limiar Vₒ (do LED D1) e sabendo que a tensão limiar está com a constante de Planck, determinamos o valor da constante de Planck para a luz emitida pelo LED D1.
Sequência de medidas da constante de Planck para a luz emitida referentes aos LEDs D2, D3, D4, e D5 são análogas a sequência de medidas referente ao LED D1.
Com os valores obtidos anteriormente para as tensões limiares de cada LED, preenchemos uma tabela. E com os valores obtidos para a frequência de luz emitida por cada LED, preenchemos uma coluna da tabela. Com os dados da Tabela construímos o Gráfico Vₒ versus f e traçamos a linha de tendência.
4. RESULTADOS E DISCURSSÕES
	Os valores obtidos para as tensões e para as correntes em cada led estão expressos na tabela 1.
Tabela 1: Leds e as respectivas tensões e correntes.
	LED 01
	LED 02
	LED 03
	LED 4
	LED 05
	I(mA)
	v(V)
	I(mA)
	v(V)
	I(mA)
	v(V)
	I(mA)
	v(V)
	I(mA)
	v(V)
	4,75
	1,68
	1,24
	1,73
	1,28
	1,79
	1,31
	1,84
	0,64
	2,64
	1,23
	1,62
	0,48
	1,68
	0,58
	1,74
	0,50
	1,79
	0,20
	2,58
Fonte: Própria do autor.
 	A tensão limiar foi determinada utilizando uma opção gráfica do geogebra, cujos valores estão dispostos nas figuras a seguir.
Figura 1: Tensão limiar do led de cor vermelha.
Fonte: Própria do autor.	
Figura 2: Tensão limiar do led de cor laranja.
Fonte: Própria do autor.	
Figura 3: Tensão limiar do led de cor amarela.
Fonte: Própria do autor.	
Figura 4: Tensão limiar do led de cor verde.
Fonte: Própria do autor.	
Figura 5: Tensão limiar do led de cor azul.
Fonte: Própria do autor.	
	Ou ainda podem ser dispostos numa tabela como a 2.
Tabela 2: Cores dos leds e suas respectivas tensões limiares.
	Cor
	Vermelho
	Laranja
	Amarelo
	Verde
	Azul
	Valor (V)
	1,60
	1,65
	1,70
	1,76
	2,55
Fonte: Própria do autor.
	Com esses valores elembrando da relação entre a tensão limiar e a contante de Planck, é possível obter o valor da constante de Planck (h) para cada luz (tabela 3).
Tabela 3: Cores dos leds e suas respectivas constantes de Planck.
	Cor
	Vermelho
	Laranja
	Amarelo
	Verde
	Azul
	Valor (h10-34)
	5,5224
	5,3065
	5,3036
	5,3495
	6,4134
Fonte: Própria do autor.
	De modo que o valor médio para a constante de Planck (soma dos valores individuais dividida pelo número de valores), Vale,
	
	
	(3)
que é razoavelmente próximo do valor encontrado na literatura.
5. CONCLUSÃO
A partir da atividade experimental conseguimos relacionar a teoria apresentada na literatura com os aspectos mais palpáveis aplicados a algumas situações experimentais. 
Ao realizar os experimentos junto as medidas e atividades, vimos uma das constantes fundamentais da física a constante de Planck. 
No entanto, é necessário indicar a ocorrência de erros na realização destes experimentos, o qual se referem principalmente a erros de medição, devido à falta de uma precisão maior do instrumento utilizado (isso pode ocorrer devido ao instrumento está desregulado ou mesmo aos erros intrínsecos associados a medidas reais) que também podem ter acorridos erros devidos as pessoas que manuseavam os aparelhos.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
FOGAÇA, J R V. Teoria de Max Planck. Disponível em: http://www.brasilescola.com/quimica/teoria-max-planck.htm. acessado em 03 de dezembro de 2023.
HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de física, volume 4: Óptica e física moderna. Tradução e revisão Ronaldo Sergio de Biasi, Rio de Janeiro: LTC, 2008.
HEWITT, Paul G. Física conceitual. Bookman Editora, 2023.
NICOLAU, G. F.; TOLEDO, PAD; RAMALHO JR, F. Os fundamentos da Física 2-Termologia, Óptica e Ondas. [Sl]. Moderna, 1999.
NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Ótica, relatividade, física quântica (vol. 4). Editora Blucher, 2014.
 
SERWAY, R. A.; JEWETT, J Jr. Princípios de Física 4 Óptica e Física Moderna. 3ª ed. São Paulo: Thompson editora, 2023.
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