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3. Description 

The Planck’s constant apparatus is for determin-
ing the magnitude of Planck’s constant 

h

 and the 

work 

W

  done  in  emitting  electrons  from  a  cae-

sium cathode in a photocell using the back-EMF 
method. 
It  contains  a  vacuum  photocell,  a  voltmeter  for 
measuring back EMF, a nanoammeter for meas-
uring the photocell current and a power supply for 
the  LEDs.  Five  different  light-emitting  diodes 
(LEDs) are provided, which emit light at differing 
known average frequencies.  The intensity of the 
emitted light can be varied between 0 and 100% 
in  each  case.  The  photocell  itself  consists  of  a 
cathode with caesium condensed onto its surface 
and a ring-shaped anode. When the apparatus is 
switched on, a voltage is applied between the two 
electrodes and this can be adjusted by two knobs 
for coarse and fine adjustment. 
Power is supplied to the apparatus via the plug-
in  transformer  provided.  The  Planck’s  constant 
apparatus with order number 1000536 / U10700-
115  is  designed  for  a  mains  voltage  of  115  V 
(±10%)  while  the  version  with  order  number 
1000537 / U10700-230 is for 230 V (±10%). 

 
 

4. Technical data 

Photocell: 

Type 1P39, caesium (Cs) 

Voltmeter: 

3½-digit LCD 

Precision: 

0.5% (typically) 

Nanoammeter: 

3½-digit LCD 

Precision: 

1% (typically) 

LEDs: 

472  nm,  505  nm,  525  nm, 

 

588 nm, 611 nm 

Dimensions: 

280x150x130 mm 

Weight: 

1.3 kg approx. 

 
 

5. Theoretical principles  

At the end of the 19th century and the beginning 
of the 20th, it almost seemed as though Physics 
had explained all there was to know, but the so-
called photo-electric effect was one of the last rid-
dles.  Classical  theories  were  unable  to  account 
for this effect. In 1905, though, Albert Einstein de-
vised a brilliantly simple theoretical description of 
the phenomenon using the quantum theory which 
had been introduced by Max Planck. His assump-
tion was that light consisted of particles, so-called 
photons (quanta of light), with an energy 

E

 which 

was directly proportional to their frequency 

f

 and 

a  momentum 

p

  indirectly  proportional  to  the 

wavelength 

/

E

h f p h

   

 

The  constant  of  proportionality  here 

h

  was 

Planck’s “quantum of action”. What it meant was 
that energy in the form of electro-magnetic radia-
tion could only be emitted in small, discrete pack-
ets called quanta. This minimum energy was de-
pendent  on  the  frequency.  Planck’s  constant  is 
one of the fundamental constants of nature and 
has  a  value  to  a  high  accuracy  of 

h

  = 

6.62606896*10

-34

 Js.  

In this experiment light from the light emitting di-
ode  connected  in  the  circuit  passes  through  a 
ring-shaped anode before striking the cathode. If 
an electron is struck by a photon, the photon can 
give up all of its energy (

E h f

 

) to the electron. 

Part of that energy may then propel the electron 
out of the metal surface (the so-called work func-
tion 

W

). The rest of it is converted into kinetic en-

ergy for the electron: 

kin

E

h f W

  

 

The  work  done  in  emitting  electrons  from  the 
cathode is dependent on the material as well as 
on the temperature. For caesium it is 2.14 eV at 
0 K and about 2 eV at room temperature.  
Depending  on  the  adjustment  of  the  back  EMF 
between  the  cathode  and  anode,  a  current  of 
electrons should flow from the former to the latter. 
This can be measured using the nanoammeter. If 
the back-EMF corresponds to the critical voltage 

U

0,

 where 

0

kin

e U

E

h f W

  

 and 

19

1.6021 10 C

e

,

 

then  this  current  should  have  a  magnitude  of 
0 nA. 
Plot a graph of 

0

e U

 against 

for the critical volt-

ages 

U

0

,  measured  for  various  frequencies  of 

light 

f,

 to obtain a line of gradient 

h

 crossing the y 

axis at 

W

. The point where the line crosses the y-

axis is different for all cathode materials, so that 
the  corresponding  straight  lines  are  all  different 
too. The gradient of the line depends on the cath-
ode material. 

 
 

6. Operation 

6.1  Measurement of critical voltage at a light 

intensity of 75%. 

 

Plug in the transformer to supply power. 

 

Set the intensity of the light source to 75%. 

 

Insert the plug for the first light source into the 
LED connector socket. 

 

Push  together  the  jaws  of  the  clip  for  the 
sleeve over the collector tube of the photocell 
and remove the sleeve.  

Summary of Contents for U10700-115

Page 1: ...mpfindlich Starke Belichtung l sst sie rasch altern und kann sie dauerhaft be sch digen Nach einer berstrahlung ben tigt sie auch im besten Fall eine geraume Zeit um sich wieder zu stabilisieren Die S...

Page 2: ...htquanten sollte di rekt proportional zu ihrer Frequenz f und der Be trag ihres Impulses p indirekt proportional zur Wellenl nge sein E h f p h Dabei ist die Proportionalit tskonstante h das Planck sc...

Page 3: ...trittsarbeit W aus dem Y Achsenab schnitt bestimmen Hinweis Am einfachsten ist die Auswertung vor allem in Bezug auf die Ausgleichsgerade mit dem mitgelieferten Excel Programm da man nur die gemessene...

Page 4: ...en Copyright 2024 3B Scientific GmbH Fig 1 Grenzenergie e U 0 in Abh ngigkeit der Frequenz f Fig 2 Grenzspannung U0 in Abh ngigkeit der Lichtintensit t I bei einer Wellenl nge von 472 nm 480 500 520 5...

Page 5: ...t light can cause it to age quickly and can cause permanent damage Fol lowing irradiation it ideally needs to be left for quite a long period before it regains its stability The protective cover for t...

Page 6: ...and a momentum p indirectly proportional to the wavelength E h f p h The constant of proportionality here h was Planck s quantum of action What it meant was that energy in the form of electro magneti...

Page 7: ...s constant h from the gradient and the work W from where the line crosses the Y axis Note It is easiest to evaluate the results particu larly those referring to the back EMF with the help of the supp...

Page 8: ...l amendments Copyright 2024 3B Scientific GmbH Fig 1 Critical energy e U 0 against frequency f Fig 2 Critical voltage U0 against light intensity I at a wavelength of 472 nm 480 500 520 540 560 580 600...

Page 9: ...le Una fuerte exposici n a la luz hace que la misma envejezca r pidamente y puede conducir a un da o permanente Des pu s de una alta irradiaci n ella necesita en el mejor de los casos un tiempo consid...

Page 10: ...antos La energ a E de estos fotones cuantos de luz de ber a ser directamente a su frecuencia f y la magnitud de su impulso p deber a ser indirecta mente proporcional a la longitud de onda de la luz E...

Page 11: ...los valores con la recta y se de termina la constante de Planck h a partir de la pendiente y el trabajo de extracci n W del corte de la recta con la eje y Observaci n La evaluaci n se hace lo m s sen...

Page 12: ...s Copyright 2024 3B Scientific GmbH Fig 1 Energ a l mite e U 0 en dependencia con la frecuencia f Fig 2 Tensi n l mite U0 en dependencia con la intensidad de la luz I de longitud de onda 472 nm 480 50...

Page 13: ...la constante de Planck est tr s sensible Une forte exposition la lumi re entra ne son usure pr matur e et l endommage d finitivement Apr s une irradiation excessive elle n cessite dans le meilleur des...

Page 14: ...Max Planck Il expliqua que la lumi re est compos e de particules appel s photons L nergie E de ces photons quanta de lumi re devait tre directement proportionnelle leur fr quence f et leur nombre d i...

Page 15: ...tez les valeurs obtenues dans un diagramme nergie fr quence Tracez une droite passant par les valeurs et d terminez la constante de Planck h partir du gradient et du travail de sortie W de la section...

Page 16: ...ues Copyright 2024 3B Scientific GmbH Fig 1 Energie limite e U 0 en fonction de la fr quence f Fig 2 Tension limite U0 en fonction de l intensit lumineuse I pour une longueur d onde de 472 nm 480 500...

Page 17: ...lto sensibile Un intensa esposizione alla luce potrebbe provocarne il rapido invecchiamento e danneggiarla in modo permanente Dopo l irradiazione essa necessita anche nelle migliori condizioni di pare...

Page 18: ...ia E di tale fotoni quanti di luce doveva essere direttamente proporzionale alla relativa frequenza f e la durata dell impulso p indirettamente proporzionale alla lunghezza d onda E h f p h La costant...

Page 19: ...nclinazione e il lavoro di estrazione W in base alla sezione dell asse Y Nota la valutazione risulta pi semplice soprattutto in riferimento alla retta del risultato con il programma Excel fornito in d...

Page 20: ...pyright 2024 3B Scientific GmbH Fig 1 Energia massima e U 0 in funzione della frequenza f Fig 2 Tensione massima U0 in funzione dell intensit luminosa I ad una lunghezza d onda pari a 472 nm 480 500 5...

Page 21: ...Planck muito sens vel A ilumina o intensa pode envelhece a rapidamente e pode danifica a permanentemente Ap s de uma irradia o excedente ela vai precisar tamb m no melhor caso um tempo consider vel pa...

Page 22: ...hamados f tons A energia E destes f tons quanta de luz deveria ser diretamente proporcional para a sua frequ ncia f e o valor do seu impulso p indiretamente proporcional para o comprimento de onda E h...

Page 23: ...e de Planck h da subida e trabalho de sa da W da sec o de eixo Y Indica o a avalia o se far mais simples antes de tudo em rela o reta de compensa o do programa Excel fornecido porque se tem que anotar...

Page 24: ...yright 2024 3B Scientific GmbH Fig 1 Energia limite e U 0 em depend ncia da freq ncia f Fig 2 Tens o limite U0 em depend ncia da intensidade luminosa I com um comprimento de onda de 472 nm 480 500 520...

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