Relatório de Leds Final

5/20/2018 Relat rio de Leds Final

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABCCENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM

E CINCIAS SOCIAIS APLICADASBC1519CIRCUITOS ELTRICOS E

FOTNICA

Ana Caroline da Silva Melo 11132511Ariane Destefano de Oliveira 11089811Mariane da Silva Nascimento 11080711

DIODOS EMISSORES DE LUZ EA CONSTANTE DE PLANCK

Relatrio solicitado peloProf Dr. Marcos Gesualdi

apresentado disciplina deCircuitos Eltricos e Fotnica,

da Universidade Federal do ABC.

Junho/2013


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1.OBJETIVOS

O objetivo deste experimento estimar a constante de Planck utilizandoum conjunto de LEDs de diferentes cores.

2.MATERIAIS

1 Fonte de tenso DC com uma sada ajustvel de 0 a 30 Vo Minipa MPL-3303M

1 Multmetro de bancadao Minipa MDM-8045A ou Politerm POL-79

1 Multmetro porttil e Pontas de Provao Minipa ET-2510

Matriz de contatos (Protoboard)o

ICEL MSB-3002 Resistores de 2,7 k , W (Potncia mxima de dissipao)

LEDs diversos (1 vermelho, 1 amarelo e 1 verde)o Identificao: Lote 9, itens 25, 26 e 27 (Laboratrio UFABC)

Cabos de conexo:o (C#1) Cabo 1: Vermelho, com terminais banana-bananao (C#2) Cabo 2: Vermelho, com terminais banana-jacaro (C#3) Cabo 3: Preto, com terminais banana-jacar


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3.PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

1. Conectou-se os resistores e os LEDs na matriz de contatos(protoboard), como indicado nafigura 1.A configurao de conexo exigiu queos terminais dos LEDs no ficassem muito prximos, para que no houvesse

comprometimento de seus resultados na medio de tenso.

Figura 1:Configurao de Circuito.

2. Os equipamentos foram selecionados de acordo com o esquema:o = Fonte de tenso varivel 030 V (MPL-3303M)o A = Ampermetro (Multmetro de bancada MDM-8045A ou

POL-79)o R = Resistores (2,7 k , W)o V = Voltmetro (Multmetro porttil ET-2510)

3. Primeiramente conectou-se o Cabo#1, sendo o terminal positivo(vermelho) da sada de tenso varivel da fonte entrada do ampermetro A(entrada com indicao mA).

4. Ajustou-se a escala do ampermetro em 20 mA DC.5. Conectou-se o Cabo#2, sendo o terminal comum (COM) do

ampermetro A aos resistores R.6. Conectou-se o Cabo#3, sendo o terminal negativo (preto) da fonte

ao catodo do LED 3.7. Variou-se a tenso da fonte, a fim de controlar a corrente atravs

dos LEDs. Ajustou-se o potencimetro corrente da sada de tenso para suaposio intermediria. Aps certicar-se que o circuito estava OK,aumentou-sea tenso da fonte at que os LEDs acendessem. Foi verificado que todos osLEDsestavam funcionando.

8. Diminuiu-se a tenso da fonte at obter a mnima correntemensurvel no ampermetro (1 A).

9. Utilizou-se o multmetro porttil para medir a tenso nos terminaisde cada um dos LEDs.


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4.RESULTADOS

LED 1 LED 2 LED 3

Cor Vermelho Verde Amarelo

Tenso VL(V) 1,532 1,592 1,524

Tabela 1:Resultados obtidos.

4.1. INTERPRETAO DOS RESULTADOS

a) Que tipo de tenso (direta ou reversa) deve ser aplicada a umLED para que ele opere como uma fonte luminosa? Explique.

Para um LED operar como uma fonte luminosa necessrio aplicar umatenso direta, pois quando o diodo est polarizado diretamente ele se comportacomo uma chave fechada (diodo ideal), permitindo a circulao da corrente, ouseja, com a tenso direta teremos a passagem da corrente e assim o diodoemitir luz.

b) Explique qual a funo dos resistores no circuito montado.

Os resistores tem a funo de evitar a danificao dos LEDs, casoocorra uma tenso muito alta, ou seja aplicada uma variao de corrente, osresistores limitaro a corrente que passar pelo LED, se for aplicada umatenso elevada no circuito, gerando uma corrente de alto valor, o resistor sero responsvel por limitar esse valor ao mximo, de tal forma que o LEDconsiga suportar e no queime.

c) Utilizando as medidas das tenses nos trs LEDs, construaum grfico de VL (1/) e estime a constante de Planck a partir dosresultados experimentais.

LED 1 LED 2 LED 3Cor Vermelho Verde Amarelo

Comprim. de

onda (nm)644 568 585

Tenso VL(V) 1,532 1,592 1,524

Tabela 2: Comprimento de onda e tenso dos LEDs 1, 2 e 3.


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LED 1 LED 2 LED 3

Cor Vermelho Verde Amarelo

1/ (nm) 0,00155 0,00176 0,00171

Tenso VL(V) 1,532 1,592 1,524

Tabela 3: 1/ e tenso dos LEDs 1, 2 e 3.

Grfico 1: Comprimento e tenso dos LEDs 1, 2 e 3.

LED 2 LED 3

Cor Verde Amarelo

Comprim. de

onda (nm)568 585

Tenso VL(V) 1,592 1,524

Tabela 4: Comprimento de onda e tenso dos LEDs2 e 3.

LED 2 LED 3

Cor Verde Amarelo

Comprim. de

onda (nm)0,00176 0,00171

Tenso VL(V) 1,592 1,524

Tabela 5: 1/ e tenso dos LEDs2 e 3.


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Grfico 2: Comprimento e tenso dos LEDs 2 e 3.

Determinao da constante de Plank:

= (1)

= 0(2)Substitui-se (1) em (2):

= 0

Como W muito prxima para todos os LEDS, ento utilizou-se aseguinte igualdade:

1 01 = 2 02 1 2 = 01 02

1

2

=

01

02


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1 2 = 01 02

= 0102

1

1 1

2

Substituram-se os valores encontrados, onde 1 = amarelo e 2 = verde:

= 1,602 1034 3 108/ 1,524 1,5921,71 106 1,76 106 = 534 1030 0,0680,051061

= 534 1030 1,36 106. = 726,241036. = 7,262 1034.

Ou

= 7,26 1034. 1,602

1019

= 4,533 1015.

d) Compare o valor obtido com o valor conhecido de h ecomente eventuais discrepncias.

O valor obtido experimentalmente para a constante de Planck foi h =4,533 10-15eVs, j o valor conhecido h = 4.135 10-15eVs,o resultadoexperimental apresentou um erro de 9,63 %.

Os clculos foram realizados desconsiderando o LED vermelho, pois

quando plotou-se o grfico dos LEDs 1, 2 e 3 observou -se uma caracterstica

diferente da esperada, visto que o grfico plotado no configurou uma reta

(grfico 1). A escolha pelo LED vermelho ocorreu em consequncia da suaforte influencia na no formao da reta, pois teria que apresentar uma

voltagem menor do que a do LED amarelo, visto a relao do comprimento de

onda, que quanto maior, gerar menos energia. O resultado foi divergente da

relao, pois a voltagem do LED vermelho foi maior que a do LED amarelo,

sendo que o comprimento de onda do LED vermelho 644 nm e o do LED

amarelo 585 nm.


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e) Utilize seus resultados para determinar os valores de barreira

de energia (bandgap) EG (emeV) de cada um dos LEDs utilizados noexperimento.

= . =

Para o LED vermelho:

= 4,533 1015 . 3 108/644 109

=

13,599

107

.

644 109

= 0,02112102 = 2,112

Para o LED verde:

= 13,599 107.568 109

= 0,02394

102

= 2,394 Para o LED amarelo:

= 13,599 107.585 109

= 0,02325102 = 2,325

f) Compare a produo de luz em uma lmpada incandescentee em um LED, discutindo aspectoscomo princpio de funcionamento,eficincia, caractersticas da radiao emitida, etc.

O LED (Light EmittingDiode) um diodo semicondutor (juno P-N) quequando energizado emite luz visvel. Sua propriedade de gerar luz ocorre por

meio das interaes energticas dos eltrons, por ser um componente bipolar,


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possui um nodo e um ctodo, a passagem ou no passagem de corrente econsequentemente a gerao da luz dependem da sua polaridade.

A luz incandescente um dispositivo que converte energia eltrica emenergia luminosa e trmica, contudo essa converso diferente da ocorridanos LEDs, sendo a luz uma consequncia da vibrao das molculas do

filamento que compe a lmpada, isso porque quando uma correntesuficientemente intensa passa pelo filamento, ocorre uma vibrao, ofilamento aquece e brilha.

A comparao entre os LEDs e as lmpadas incandescentes nospermitiu concluir que os LEDs apresentam maior eficincia, isso porque emlmpadas incandescentes necessrio o aquecimento do filamento,destaforma a gerao de luz envolve muito calor, sendo grande parte da energiadesperdiada e apenas uma quantia muito pequena, cerca de 10% da luzproduzida alcana o espectro visvel. Os LEDs apresentam maior eficincia,porque so considerados fontes de luz fria, geram uma quantidade muitopequena de calor, ento a maior parte da energia eltrica revertida em luz,

reduzindo a demanda de eletricidade.Os LEDs tambm no possuemfilamentos, uma caracterstica vantajosa no sentido de aumento de vida til dodispositivo, j que em lmpadas incandescentes o risco de filamentosqueimados eminente,sendo assim os custos de manuteno dos LEDstambm so reduzidos.

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