電気・電子 · 半導体素子 / 原理と探究
LEDの色とプランク定数の実験解説
LEDの色ごとに点灯する電圧を探して記録しましょう。周波数としきい電圧の傾きからプランク定数を推定します。
どのような原理？
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。
重要な関係
f = c/λ · eVth ≈ hf · h推定 = e × 傾き(Vth対f)
観察してみよう
- 色を選び、電圧を0.01 Vずつ変えて点灯の境界を探しましょう。
- 赤・緑・青でしきい値ボタンを使うか電圧を手動調整してから、実行して記録しましょう。
- 補正誤差を加えた場合と、ほかの2色を記録して推定値を比べましょう。
結果を読み解く
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
モデルの仮定と限界
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。