Estimating the Planck´s Constant, an undergraduate experiment with STEM approach

• F. R. Pérez ^[1] ; J. E. Gómez ^[1] ; A. León Ramírez ^[1] ; J.H. Serna ^[1]
  1. [1] Universidad Pontificia Bolivariana

     Universidad Pontificia Bolivariana

     Colombia

     
• Localización: Óptica pura y aplicada, ISSN-e 2171-8814, Vol. 55, Nº. 1 (La Óptica en Colombia), 2022
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Estimando la Constante de Planck, un experimento de pregrado con enfoque STEM
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• Resumen
  • español

    Una de las preocupaciones permanentes en la enseñanza a nivel universitario, es que el estudiante logre comprender los conceptos impartidos en los distintos cursos y crear correlaciones entre ellos que permitan la construcción de un conocimiento sólido e interdisciplinar. La metodología STEM Science, Technology, Engineering and Mathematics) permite que los estudiantes logren conectar ideas, desarrollar procedimientos experimentales e implementar simulaciones computacionales que permitan resolver problemas específicos en los distintos campos de la ciencia y la ingeniería. En este trabajo se utiliza la metodología STEM para estimar con mediciones experimentales el valor de la constante de Planck, partiendo de un aprendizaje basado en problemas y que involucra no solo el estudio teórico de la física de semiconductores al usar el principio de funcionamiento de un LED sino que permite el desarrollo de habilidades computacionales y de programación científica al usar la plataforma Arduino como una herramienta para la adquisición y el análisis de datos. En la propuesta que se presenta aquí, se utiliza un Arduino Uno para controlar la corriente que circula a través de un LED, permitiendo así construir una curva característica de corriente (I) vs. Voltaje (V) y determinar así el valor de la banda prohibida del semiconductor que conforma la unión P-N del LED. Si se usan LED’s con emisión en distintas longitudes de onda, es posible determinar por medio de un ajuste lineal el valor de la constante de Planck. Los resultados obtenidos son prometedores, toda vez que se entienda este como un sistema de bajo costo y que permita tener errores alrededor del 4% respecto a los valores obtenidos en la literatura

  • English

    One of the permanent concerns in teaching at the university level is that the student is able to understand the concepts taught in the different courses and create correlations between them that allow the construction of solid and interdisciplinary knowledge. The STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics) methodology allows students to connect ideas, develop experimental procedures and implement computational simulations to solve specific problems in the different fields of science and engineering. In this work, the STEM methodology is used to experimentally estimate the value of Planck's constant, based on problem-based learning that involves not only the theoretical study of semiconductor physics using the principle of operation of a light-emitting diode (LED) but also allows the development of computational and scientific programming skills by using the Arduino platform as a tool for data acquisition and analysis. In the proposal presented here, an Arduino Uno is used to control the current flowing through an LED, thus allowing to build a characteristic curve of current (I) vs. voltage (V) and thus determine the value of the bandgap of the semiconductor that makes up the P-N junction of the LED. If LEDs with emission at different wavelengths are used, it is possible to determine by means of a linear fit the value of the Planck’s constant. The results obtained are promising, as long as this is understood as a low-cost system that allows having errors of around 4% with respect to the values obtained in the literature.