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Práctica 4: Fotones*Jorge Andrés Rivera Aguilar 201700969 1 and Diego Antonio Porón De León 201700516 1 1 Facultad de Ingeniería, Departamento de Física, Universidad de San Carlos, Edificio T1, Ciudad Universitaria, Zona 12, Guatemala. En la presente práctica se realizaron mediciones de voltaje y co...

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Práctica 4: Fotones* Jorge Andrés Rivera Aguilar 2017009691 and Diego Antonio Porón De León 2017005161 1

Facultad de Ingeniería, Departamento de Física, Universidad de San Carlos, Edificio T1, Ciudad Universitaria, Zona 12, Guatemala.

En la presente práctica se realizaron mediciones de voltaje y corriente a un circuito serie (Resistencia variable, LED RGB, Resistencia limitante). Se armó un circuito serie (Resistencia variable, LED RGB, Resistencia limitante), se varió el voltaje mediante la resistencia variable y se midió con un voltímetro en paralelo a la LED RGB. Se midió la corriente con un amperímetro en serie entre la Resistencia variable y la LED RGB. Este proceso se realizó cuatro veces, una vez con cada longitud de onda (rojo, verde, azul, infrarrojo), con el objetivo de encontrar el voltaje típico y su respectivo flujo de electrones. Se determino que, el flujo de fotones por unidad de segundo, es dependiente del voltaje, corriente y longitud de onda, por ende, no hay ninguna relación de proporcionalidad que describa un patrón o un modelo establecido. La potencia media del diodo LED es dependiente del voltaje y de la corriente, comprobando que el diodo que consume mas energía es el diodo de color azul. Las longitudes de onda utilizadas, abarcan el espectro visible por el ojo humano (a excepción del infrarrojo), siendo los colores frontera: azul y rojo, el color pico: verde, y una longitud de onda (infrarrojo) que no pertence al espectro visible por el ojo humano. I.

OBJETIVOS

A.

Como el potencial Ue es igual a Vq y h, c y λ son constantes conocidas:

Generales

• Determinar el flujo de Fotones emitidos por un LED. B.

V(

dq hc dn )= ∗( ) dt dt λ

(4)

dn es el flujo de fotones al que denotaremos dt dq como: ϕ y es la corriente I. Despejando ϕ: dt donde

Específicos

* Determinar la potencia media del diodo LED. * Determinar la longitud de onda.

ϕ= II.

Vd ∗ Id ∗ λ hc

MARCO TEÓRICO

Partiendo del principio de conservación de la energía: E0 = EF

(1)

y la velocidad inicial de un electro en reposo es v0 = 0, entonces, Ue = nhv

(2)

Tabla 4.1 : Diodos emisores de luz. Circuito utilizado en la práctica:

donde v = λc , sustituyendo v y derivando la ecuación respecto del tiempo: nhc d (Ue = ) dt λ

*

Laboratorio de Fisica 4

(3)

Figura 4.1

(5)

2 III.

DISEÑO EXPERIMENTAL A.

Materiales

* Fuente de alimentación DC. * Potenciómetro de 10K. * Resistencia de 1K. * LED RGB.

Color V. Experimental (V) Corriente (uA) Rojo 1.81 ±0.03 3730 ±37 Verde 2.55 ±0.03 1681 ±17 Azul 2.78 ±0.03 646 ±6 Fuente: Hoja de Datos. Tabla 3: Longitudes de onda de cada color.

* LED infrarrojo. * Multímetros. * Cables banana-lagarto. * Protoboard. B.

Tabla 2: Datos obtenidos al utilizar el voltaje experimental de cada led.

Magnitudes físicas a medir

Color (λ) (nm) Rojo 699 Verde 533 Azul 451 Infrarrojo 750 Fuente: Item 1 en la bibliografía. Tabla 4: Flujo de fotones utilizando voltajes típicos.

* Volta je en el Diodo LED. (V) * Corriente en el Diodo LED. (uA)

Flujo de Fotones (ϕ) F otones s F otones Verde (3.54*1014 ± 3.12 ∗ 10−6 ) s F otones Azul (4.97*1016 ± 3.73 ∗ 10−4 ) s F otones Infrarrojo (5.13*1015 ± 3.76 ∗ 10−5 ) s Fuente: Muestra de Calculo. Rojo

C.

Procedimiento

* Se verificó que se tuvieran todos los materiales solicitados para la práctica. * Se armó el circuito que se muestra en el marco teórico. * Se encendió la fuente. * Se varió el potenciómetro hasta que el multímetro mostró el volta je típico para cada led(RGB).

(4.92*1016 ± 3.73 ∗ 10−4 )

Gráfico 1: Diagrama de incertezas para el flujo de electrones utilizando los volta jes típicos.

* Se calculó el voltaje en el led y la corriente en el mismo. * Se repitió el procedimiento para cada color del led RGB y el led infrarrojo. * Se apagó la fuente. IV.

RESULTADOS

Tabla 1: Datos obtenidos al utilizar el voltaje típico de cada led. Color V. Típico (V) Corriente (uA) Rojo 1.8 ±0.03 7760 ±78 Verde 2.2 ±0.03 60 ±0.6 Azul 3.4 ±0.03 6440 ±64 Infrarrojo 1.7 ±0.03 800 ±8 Fuente: Hoja de Datos.

Fuente: Qtiplot

Tabla 5: Flujo de fotones utilizando voltajes experimentales.

3 Flujo de Fotones (ϕ) F otones Rojo (2.37*10 ± 1.79 ∗ 10 ) s F otones 16 −5 Verde (1.15*10 ± 9.38 ∗ 10 m) s 15 −5 F otones Azul (4.08*10 ± 3.61 ∗ 10 ) s Muestra de Calculo. 16

−4

Fuente:

Gráfico 2: Diagrama de incertezas para el flujo de electrones utilizando los volta jes experimentales.

describa el flujo de fotones por unidad de segundo, ya que los çolores frontera"(azul y rojo) son los que más fotones por segundo emiten, mientras que el çolor pico"(verde) presenta una cantidad menor respecto a los colores frontera.

VI.

CONCLUSIONES

1. El flujo de fotones por unidad de segundo, es dependiente del volta je, corriente y longitud de onda, por ende, no hay ninguna relación de proporcionalidad que describa un patrón o un modelo establecido. 2. La potencia media del diodo LED es dependiente del volta je y de la corriente, comprobando que el diodo que consume mas energía es el diodo de color azul.

Fuente: Qtiplot

3. Las longitudes de onda utilizadas, abarcan el espectro visible por el ojo humano (a excepción del infrarrojo), siendo los colores frontera: azul y rojo, el color pico: verde, y una longitud de onda (infrarrojo) que no pertence al espectro visible por el ojo humano.

VII. V.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Hoja de datos:

En la Tabla No.1 se puede corroborar la correspondencia de volta jes típicos en cada radiación de longitud de onda. Cada volta je típico es diferente según la longitud de onda de fotones que el ojo humano interpreta como çolores". Se puede constatar que existe una relación de proporcionalidad inversa entre el voltaje típico y la longitud de onda de radiación; es decir, se necesita menos volta je para que las longitudes de onda mas altas empiecen a irradiar y viceversa. En la tabla No. 3 se puede comprobar que las longitudes de ondas escogidas abarcan el espectro visible para el ojo humano, empezando por el color azul y terminando en el color rojo. El color verde fue escogido porque presenta el pico de longitudes de onda visibles, ya que el ojo humano es mas sencible al color verde. La longitude onda del infrarrojo no pertence al rango de longitudes de onda visibles por el ojo humano, por ende, se utilizó de una cámara fotográfica para la detección de su radiación. En el gráfico No. 1 y en el gráfico No. 2 se pueden apreciar las incongruencias numéricas o incertezas de las comparativas del flujo de fotones por unidad de segundo, utilizando volta jes típicos y volta jes experimentales. Concluyendo que, no existe un modelo o un patrón de que

Muestra de Calculo:

ANEXOS

4

[1] https://es.wikipedia.org/wiki/Espectrovisible. [2]

[3] Fundamentos de circuitos eléctricos, Charles K. Alexander, Matthew N.O. Sadiku....