Placa com LED de três cores

Um LED (Light Emitting Diode) emite luz quando é percorrido por uma corrente elétrica, isto é, utiliza o efeito oposto ao efeito fotoelétrico.

Um LED é formado por dois semicondutores diferentes: um tipo p e outro tipo n, unidos. Quando se estabelece um diferença de potencial entre estes dois materiais, de modo a que o polo positivo de LED fique ligado ao polo positivo do gerados, a resistência é praticamente nula, o LED é atravessado pela corrente elétrica e, nestas condições, ocorre emissões de luz.

A luz emitida por um LED não é monocromática; contudo, a banda de emissão é estreita, pelo que os fotões emitidos terão todos a mesma frequência. Por isso existem LED’s de diferentes cores, visível e no infravermelho.

A energia do cada foto emitido, E, é diretamente proporcional à sua frequência, v.

E=h .v

Sendo h a constante de Planck.

Esta emissão de luz ocorre quando os portadores de carga transitam entre diferentes estados de energia ao passarem na junção entre os dois materiais semicondutores diferentes que constituem o LED. A energia envolvida nesta transição é convertida em energia de fotão.

Os objetivos desta prática é traçar a curva de um LED, determinar a constante de Planck e reconhecer que a energia elétrica de um elétron de condução é igual à energia do fotão emitido num LED.

Foram determinados também as tensões de LED das diferentes cores.

A sequência da prática esta no link av=baixo que te direcionar para o google drive, escolha Roteiro_placa_LED_3cores.pdf

Clique aqui para ter acesso ao roteiro

Placa de Radio Laser e Placa de LED com diferentes cores

A fibra ótica é excelente para a transmissão de sinais porque não se tem perda com joule. Já que o joule se perde com o calor e o sinal vai diminuindo ada vez mais, e é preciso ter vários pontos de amplificação de sinais. A fibra ótica quando surgiu trouxe um avanço muito bom no sistema de comunicação.

Então a ideia é a seguinte:

Teremos um feixe de luz, com LED, pode ser com laser também, que tá sendo alimentado com bateria, tá aceso, ai pegaremos qualquer instrumento que sai som para colocar em paralelo ao LED. Como o som é um sinal de tensão, se é maior ou menor depende da intensidade do volume sonoro que está sendo emitido, esse sinal sonoro varia em tensão e ele ficará em paralelo com um sinal continuo de uma bateria para acender o LED, então dentro de um sinal contínuo teremos a equação sonora. O LED irá acender com maior intensidade , o brilho do LED varia, então na frente do LED colocamos um foto censor .

Já termos um sinal variando, tensão variando ou corrente variando no LED e teremos um foto censor, de um lado jogamos um sinal contínuo no LED e deixaremos o LED piscar, do outro lado teremos a recepção, que será um foto censor.

Teremos um LDR, um circuito com uma resistência e uma bateria.

Esse cara aqui, vai receber uma luz que vem de um LED, que tem também uma resistência e uma bateria, só que aqui estaremos jogando em paralelo o sinal de áudio, mais luz sobre o cara ele mudará a propriedade do LDR,

Lembram! Vocês têm um semicondutor, que é um LDR ou um fóton transistor do q for, e você tem lá os elétrons na banda de valência grudados nos átomos, na hora que você joga uma energia pra esses caras eles vão pra banda de condução, no caso do LED, que nos fizemos a constante de Planck, nos deixamos esses caras voltarem e pegamos a luz dele.

Nesse experimento, os elétrons vão pra lá e a gente tem uma fonte de tensão alimentando o circuito, então significa que quando eu tenho mais luz eu tenho mais corrente e a resistência diminui quando aumenta a intensidade de luz. Isso tudo pq essa luz já está na faixa de absorção do LDR.

Todo o foto sensor responde dentro de uma banda, no LDR ele se dá na região do vermelho e infra vermelho.

Os controles remotos emitem no infra vermelho.

Na prática do raio laser vamos realizar a transmissão do sinal sem fio, como acontece com a fibra ótica, dá para transferir usando um feixe de luz ou com um fibra ótica.

A fibra ótica é excelente para a transmissão de sinais porque não temos perdas de joule, pois dependendo da região, do calor é preciso ter vários pontos de amplificação de sinais e isso é ruim. Por isso o surgimento da fibra ótica trouxe um avanço muito importante.

Na prática teremos um feixe de luz proveniente de um LED que foi alimentado com uma fonte de energia, ele fica aceso, ai pegamos um controle de televisão e colocamos em paralelo com o LED, como o som é um sinal de tensão, maior ou menor depende da intensidade do volume sonoro, o volume fará com que o sinal varie em tensão.

Dentro do sinal contínuo, em paralelo com o Led, temos as vibrações sonoras, o led que está sendo alimentado com a energia da bateria vai aumentar sua frequência quando entrar em contato com a frequência do som, o LED irá brilhar com maior intensidade. Por isso, na frente do LED foi colocado um foto sensor, um LDR. O LED tem um sinal de tensão contínuo.

Quando jogamos mais luz no LDR teremos mais corrente no circuito e a resistência diminui pois aumenta-se a intensidade de energia, isso tudo porque essa luz já tem uma faixa de absorção do LDR. Todo o foto sensor responde dentro de uma banda, geralmente infravermelho e visível. Os foto transistores tá no infravermelho, os controles remotos emitem no infra vermelho e os LDR pegam.

Então neste experimento teremos um LED para verificar se a caixa estará funcionando, se usarmos um controle remoto para teste inicial veremos o LED piscando com uma frequência um pouco maior, terá uma vibração da caixa de som.

A sequência da prática você consegue baixar, o arquivo está disponível no google drive, com o nome de radio_laser (pdf).

link: sequência da montagem da placa de Arduíno.

A prática com placa de LED com diferentes cores foi montada segundo o roteiro postado no google drive com o nome de pratica_arduino2.pdf, clique abaixo para ter acesso ao arquivo.

link: placa com LED's de diferentes cores

Esta prática foi feita com Arduíno e a intensidade das cores foi verificada com o tensiômetro e no software Scrach, onde tinha um simulador de Arduíno. Os valores observados no tensiômetro foram similares aos valores mostrado no simulador do scratch.

A espectroscopia do modelo de Bohr

Vimos o comportamento ondulatório, trabalhamos com espectroscopia.

A prática realizada neste experimento irá trabalhar com a espectroscopia do modelo de Bohr, para isso utilizaremos uma lâmpada de hidrogênio para particulariza -ló no átomo de hidrogênio.

Com o menino do ensino médio não iremos trabalhar com a lâmpada de hidrogênio, mas podemos fotografar o espectro e trabalhar com as fotos. As fotos têm um comportamento ondulatório, então da para trabalhar o modelo de Bohr e os modelos atômicos. Para trabalhar o modelo de Bohr é preciso ter trabalhado o conceito de Fóton, pois o modelo de Bohr tem transições.

Por isso, primeiro trabalhamos com o conceito fotoelétrico, aprendemos a atribuir um comportamento corpuscular à luz. Se você precisa do fóton de alguma maneira para explicar o fenômeno, você está atribuindo um comportamento corpuscular, pois fóton tem essa propriedade, ele concentra a energia aonde ele está e a energia pode ser dependente da frequência, que é uma coisa que na ondulatória não existe. No efeito fotoelétron nos associamos a energia à frequência, tal coisa não pode ser feita no caráter ondulatório, porque a energia que uma onda carrega é proporcional a amplitude da onda. Proporcional a amplitude da onda ao quadrado é ser proporcional a energia, que é onde está o fóton, então eu “localizo” a partícula, você terá a probabilidade da partícula está em alguma região. A amplitude da onda ao quadrado fornece a energia que tal onda carrega, mas ao mesmo tempo que a energia tá associada ao fóton, a partícula está associada a uma onda de matéria.

A amplitude da onda ao quadrado me traz como referência a energia da radiação, ao mesmo tempo temos o fóton que também traz a informação da energia e tb traz uma certa localidade pra essa energia que está concentrada nele. Se eu falo que a energia está associada a uma frequência então eu terei um fóton. Se eu afirmo que é um fóton eu afirmo que aquilo tem um comportamento de corpúsculo. Não tem massa inercial e não precisa ter propriedade de partícula. A partícula tem a propriedade de centrar a energia nela, ai ela conserva a propriedade de movimento e de uma colisão, ela colide e o fóton também colide. O efeito fotoelétrico colide com o metal, ele desaparece e é absorvido totalmente no metal e sai fora o elétron.

A conservação de energia diz que a energia que entra no fóton é igual a energia que o elétron precisa pra sair, que é o trabalho de extração, menos trabalho de atração, ai ele sai com energia cinética, então, será o que ele recebe menos a energia que ele precisa para sair.

                                      

Figura 1. Caixa modelo para verificação dos espectros

Figura 2. Espectros observados na caixa para o átomo de Hidrogênio

 

Figura 3. Foto dos espectros sendo ajustado no programa tracker para verificação dos valores dos picos de cada cor

Figura 4. Imagem do gráfico para os comprimentos de onda de cada cor presente no espectro

Figura 5. Planilha do excel com os valores observados na prática 

Para observar os cálculos na planilha segue o link do arquivo abaixo, encontrado no google drive com o nome de calculo_modelo_Balmer (pdf).

planilha dos cálculos realizados na prática