Einleitung in das Experiment
In der Welt der Physik gibt es Experimente die sowie faszinierend als ebenfalls verwirrend sein können. Ein solcher Fall ist das Experiment – bei dem mithilfe von LEDs die Plancksche Konstante ermittelt werden soll. Hierbei wird zunächst eine Spannung von 0⸴85 V an die LED angelegt. Der Ausgangspunkt ist klar: Die LED ist über einen Vorwiderstand an eine regelbare Spannungsquelle angeschlossen. Das Ziel ist es – die Wellenlänge des emittierten Lichts zu berechnen. Was steckt hinter dieser Theorie?
Die Rolle der Wellenlänge und der Photonenenergie
Zunächst einmal hat jede Lichtquelle eine spezifische Wellenlänge die mit der Energie der Photonen verknüpft ist. Eine LED emittiert Licht – dessen Wellenlänge in einem bestimmten Spektrum liegt. Die Energie eines Photons kann durch die Formel \(E = \frac{h \cdot c}{\lambda}\) berechnet werden, obwohl dabei \(E\) die Energie, \(h\) die Plancksche Konstante, \(c\) die Lichtgeschwindigkeit und \(\lambda\) die Wellenlänge darstellt.
Um die Wellenlänge berechnen zu können ist es entscheidend zu wissen, dass die Energie eines Photons in eV (Elektrovolt) gemessen werden kann. Wenn also die Spannung von 0⸴85 V angelegt wird, kann man die Photonenergie gleichsetzen zu 0⸴85 eV.
Berechnungsprozess
Das bedeutet um die Wellenlänge zu finden müssen wir die vorhin genannte Formel umstellen. Dabei gilt:
\[\lambda = \frac{h \cdot c}{E}\]
Die Werte von \(h\) und \(c\) sind dauerhaft und lauten:
- \(h = 6⸴626 \times 10^{-34} \, \{Js}\)
- \(c = 3⸴00 \times 10^8 \, \{m/s}\)
Setzen wir nun die gegebenen Werte ein. Zuerst müssen wir die Energie E in Joules umrechnen, da 1 eV genauso viel mit \(1,602 \times 10^{-19} \, \{J}\) ist. Somit ist:
\[E = 0⸴85 \, \{eV} = 0⸴85 \times 1⸴602 \times 10^{-19} \, \{J} = 1⸴36 \times 10^{-19} \, \{J}\]
Setzen wir nun die Werte in die umgestellte Formel ein:
\[\lambda = \frac{(6,626 \times 10^{-34} \, \{Js}) \cdot (3,00 \times 10^8 \, \{m/s})}{1,36 \times 10^{-19} \, \{J}} \approx 1⸴46 \times 10^{-6} \, \{m} = 1460 \, \{nm}\]
Technische und praktische Überlegungen
Die Berechnung führt uns zu einem weiteren Punkt über die Genauigkeit dieses Experiments. LEDs haben keinen perfekten Wirkungsgrad. Variationen in der Stromstärke und Temperaturveränderungen beeinflussen die Lichtemission. Die genauen Randbedingungen fehlen oft was zu Verwirrung führen kann. Glaubt man, dass ein Lehrer das Experiment unter diesen Voraussetzungen konstruiert hat könnte man ihn unangemessen beschuldigen weswegen ein Reflexion über die Methode wichtig wäre.
Fazit
Wenn man die Grundlagen und Formeln beherrscht erscheinen physikalische Berechnungen weniger beängstigend. Auch wenn Randbedingungen oft nicht klar kommuniziert werden, gilt es, flexibel zu denken. Vielleicht sollte man die Diskussion über die Versuchsbedingungen inspirieren. Versteckte Fehler bleiben häufig nicht unbemerkt. In jedem Fall bleibt die Erforschung von Licht und seinen Eigenschaften ein dynamisches und bemerkenswertes Feld der Physik.