概念と仕組み
LEDは、半導体内の電子と正孔の再結合によって光を発生させる装置です。 発生する光のエネルギーは、材料のバンド構造に関連しています。
より短い波長の光は、より高い周波数に対応します。複数の色のLEDの電流または発光に関する、設定された基準に対応する電圧を比較することで、エネルギーの関係を調べます。
関係式と成立条件
f = c/λ および、教育的な近似 eVth ≈ hf を用いて、Vth と f の傾きを e で乗算することで、h の推定値を得ることができます。複数の LED における傾向の方が、単一の LED よりも重要です。
閾値は、検出電流、目の感度、および接合電圧など、様々な要素によって影響を受けます。実際、実LEDにおける電気エネルギーは、すべて同じエネルギーで光に変換されるわけではありません。
仮想実験で読み取る変化
周波数の高いLEDほどしきい電圧が高くなります。複数の色の傾きからhを推定しましょう。
eV ≈ hfの教育用近似です。実際のLEDのバンドギャップ、接触電圧、点灯判定により誤差が大きくなることがあります。雑音は色ごとの再現可能な固定補正です。しきい値ボタンは理想モデルの境界探索を助けます。 実際の電源やコンセントでは再現せず、画面上で実験しましょう。
重要な関係式と記号
f = c/λ · eVth ≈ hf · h推定 = e × 傾き(Vth対f)
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| λ, f | 光の波長・振動数 | m, Hz |
| h | プランク定数 | J·s |
| e | 電気素量の大きさ | C |
例で確かめる
V–fの傾きが4.14×10⁻¹⁵ V·sなら、eを掛けたhの推定値はいくら？
約6.63×10⁻³⁴ J·s
よくある誤解
- LED の閾電圧が、光子のエネルギーと完全に等しいと主張することは、近似や測定誤差を無視した解釈です。