LED Spalt optisches Gitter (D = 1/600) MattschirmSammellinse b j Gitter Schirm a Versuche Hinweis: Für die Versuche können einzelne handelsübliche Leuchtdioden mit farbloser Umhüllung verwendet werden. Alternativ eignet sich eine Platine, auf die mehrere verschiedenfarbig leuchtende Leuchtdioden aufgebracht sind (B1). Legen Sie keine Spannung an, die oberhalb des vom Hersteller genannten Wertes liegt, da die Leuchtdioden sonst Schaden nehmen können. V1 Untersuchen Sie den Aufbau verschiedener Leuchtdioden mit einer Lupe. Verbinden Sie dann die Leuchtdioden nacheinander über ihre Pole über Krokodilklemmen und Kabel mit einer Spannungsquelle (Gleichspannung). Regeln Sie die Spannung vorsichtig von 0 V auf ca. 5 V (je nach Herstellerangabe ist die Betriebsspannung unterschiedlich) hoch und notieren Sie die Farbe des Leuchtens. V2 Echtfarben-Emissionsspektren (EFES) von verschiedenfarbig leuchtenden LEDs: Bauen Sie den Versuch nach B2 auf einer optischen Bank auf. Dabei muss durch Hinund Herschieben der einzelnen Komponenten eine Einstellung gefunden werden, bei der möglichst scharfe Linien auf dem Mattschirm erkennbar sind. Legen Sie nacheinander Spannung an die zu untersuchenden Leuchtdioden an und betrachten Sie das sich jeweils ergebende Spektrum. Führen Sie die Messungen für Auswertung c) durch. Auswertung a) Vergleichen Sie die Ansprechzeit der Leuchtdioden mit der des „Leuchtenden Scherblatts“ von S. 244. b) Geben Sie an, um welche Art von Spektren es sich in V2 handelt. c) Ermitteln Sie anhand der Schritte in B4 die Wellenlänge des in V2 emittierten Lichts. d) Betrachten Sie die Wellenlängen aus c) und die jeweilige Farbe der Lumineszenz. Ordnen Sie dann die Leuchtdioden aus V2 nach der Größe ihrer Bandlücke. e) Stellen Sie einen Zusammenhang zwischen der Größe der Bandlücke und der Wellenlänge des emittierten Lichts her und vergleichen Sie mit der Formel aus Schritt 3 in B4. 246 Naturstoffe – Neue Materialien Klein aber hell B1 Leuchtdioden auf einer Platine B3 Versuchsauswertung von V2 B5 Musterrechnung zur Ermittlung der Bandlücke in einer grünen LED B4 Schritte für die Ermittlung der Wellenlänge in V2, Auswertung c). Musterrechnung: Aus dem EFES einer grünen LED ergibt sich: a) a = 11,7 cm; b = 3,9 cm b) Berechnung der Wellenlänge: l = b.D/ a2 + b2 l = 3,9/6000. 11,7 2 + 3,9 2 cm l = 0,0000527 cm l = 527 nm c) Berechnung der Bandlücke: Eg = 1240 eV.nm / 527 nm Eg = 2,35 eV 1 Eine Linie erscheint dort, wo die Bedingung l = D · sin j erfüllt ist. 1. Abmessen von Abstand a (GitterSchirm) und Abstand b (beobachtetes Hauptmaximum und Spektrallinie auf dem Schirm) in cm (vgl. B3) 2. Berechnung der Wellenlänge l nach1: l = b · D/ a2 + b2 (Umrechnen in nm) mit Gitterkonstante D = 1/600 (D in mm) 3. Berechnung der Bandlücke nach: 1240/ l = Eg (l in nm, Eg in eV) B2 Versuchsaufbau zu V2 3377_01_01_2012_Kap4_212_273 23.09.14 06:31 Seite 246 Nu r z u Pr üf zw ec ke n Ei ge tu m d es C .C . B uc hn r V er la gs