Efecte fotoelèctric intern dels LEDs (espectrofotòmetre LEGO)

Docent 

Mª Elena Ramos Lermo

Centre educatiu

INS Vallvera

Any de presentació a Ciència entre tots

2025

Llistat de material necessari

• Espectrofotòmetre Lego (CRP Gironès)
• Aigua destil·lada
• Solució CuSO₄ 0,1M
• Solució CuSO₄ 0,5M

Com ho fem?

Els objectius d’aquesta pràctica són dos:
1. Veure de manera pràctica l’efecte fotoelèctric intern dels LEDs: Un LED pot emetre i també absorbir llum. Utilitzarem l’espectrofotòmetre Lego de què disposa el CRP del Gironès.
2. Mesurar l'absorbància i transmitància en les longituds d'ona dels LEDs emprats, basant-nos en la característica que tenen els LEDs de donar aquest efecte fotoelèctric intern.

Com ho fem:

- Aquest espectrofotòmetre està construït de manera que hi ha un seguit de 7 LEDs de diferents colors i, per tant, longituds d'ona diferents. Aquests LEDs estan connectats al corrent elèctric i, per tant, s'il·luminen (compte que hi ha d'haver la resistència posada o bé es farien malbé).
- Enfrontats a cada un d’ells hi ha els mateixos LEDs que s'il·luminen en arribar la llum de l'altre LED.
- El corrent elèctric crea llum en un LED. Els electrons a causa del corrent elèctric passen des del nivell base fins a un nivell superior en l'encesa, quan cauen, emeten llum que és capaç d’excitar els electrons del LED igual enfrontat i podem mesurar el voltatge que es genera.
- Si entre els dos LEDs de la mateixa longitud d’ona es posa una solució que absorbeix una part de llum això es veu reflectit al voltatge que es mesura en aquest segon set de LEDs. Cal anar connectant a cada LED que es vol mesurar.
- En la present disposició, la font de llum i el detector són LED idèntics. Quan s'il·lumina, el detector emet un corrent elèctric que és proporcional a la intensitat de la llum que li arriba. Aquest corrent travessa una resistència R i produeix un voltatge, que es mesura amb un voltímetre.
- La relació de la tensió entre el valor mesurat I i l'efecte zero I0 (cubeta amb aigua destil·lada només) representa la transmitància, T. L’absorbància, A, es pot calcular amb la llei de Beer-Lambert: A = - log T.
Això permet mesurar la absorbància i transmitància de la solució de la cubeta a les longituds d'ona dels LEDs que són UV 365 nm, BLAU 465 nm, VERD 574 nm, GROC 590 nm, TARONJA 611 nm i VERMELL 655 nm. El LED IR en el moment de fer la pràctica no funcionava.

Els passos que seguirem seran:

1r: Emplenar una cubeta amb aigua destil·lada, una altra amb la solució de sulfat de coure (II) 0,1 M i una tercera amb la solució de sulfat de coure (II) 0,5 M.
2n: Col·locar la cubeta amb aigua destil·lada en la posició entre els dos primers LEDs enfrontats, que són d’UV (365 nm) i mesurar el voltatge del LED detector connectat en voltímetre en aquesta posició. Fer el mateix amb la cubeta de les dues solucions i anar apuntant els diferents valors de voltatge en la taula d’un full de càlcul.
3r: Repetir amb la resta de LEDs del muntatge.
4t: Calcular la transmitància i absorbància amb les seves expressions al full de càlcul.
5è: Representar els gràfics de la transmitància i absorbància en funció de les longituds d’ona dels LEDs.

Què observem?

La taula de l'experiment que s’han obtingut amb les solucions de sulfat de coure (II) 0,1M i 0,5M i els gràfics d'absorbància i transmitància per a cada longitud d'ona dels LED's.
Podem veure com és possible utilitzar l’efecte fotoelèctric intern dels LEDs com a detector en un espectrofotòmetre de fàcil construcció.

Paraules clau

Efecte fotoelèctric intern, Espectrofotòmetre, LEDs

Grau de dificultat

Normal

Durada de l'experiència

60 minuts

La podem reproduir utilitzant materials casolans/quotidians i no perillosos?

No

Bibliografia o webs relacionades