Determinação experimental da constante de Boltzmann a partir da curva característica corrente-voltagem de um diodo

Abstract

Apresentamos neste trabalho uma atividade experimental didática com um diodo, realizada com equipamentos de fácil aquisição e que pode ser adaptada com facilidade para uma aula de graduação ou para um grupo de ensino médio. A atividade descrita estabelece a curva característica corrente ID-voltagem VD de um diodo, a partir das medidas da diferença de potencial VD sobre ele e da corrente ID que circula através dele, para três diferentes temperaturas T = 0 • C, 23 • C e 100 • C. Da análise destes resultados experimentais: (i) construímos a expressão algébrica da corrente ID em função da voltagem VD e da temperatura T , e (ii) determinamos o valor da constante de Boltzmann kB, uma das constantes fundamentais da física. Palavras-chave: diodo, curva característica corrente-voltagem, constante de Boltzmann. We present in this work a didactic experimental activity with a diode, set up with affordable instruments, and that can be easily adapted for an undergraduate or a high school class. The activity described establishes the current ID-voltage VD characteristics of a diode from measurements of the potential difference VD on it and the current ID through it, for three different temperatures T = 0 • C, 23 • C, and 100 • C. From the experimental results: (i) we build up an algebraic expression for the current ID as a function of the voltage VD, and the temperature T , and (ii) we determine the value of the Boltzmann's constant kB, one of the physical fundamental constants.

A Pedagogical Method For Teaching Diode's Characteristic Curves

“…Apesar de haver vasta literatura a respeito de dispositivos semicondutores, desde a sua concepção até aplicações nas mais diversas áreas, percebe-se menor atenção para os aspectos relacionados ao ensino desses componentes. Em particular no que se refere ao importante aspecto da curva característica do diodo, um dos poucos trabalhos encontrados que a utiliza tem como foco encontrar a constante de Boltzman [10]. No periódico IEEE Transactions on Education foram encontrados 21 artigos que versam sobre diodo, mas nenhum deles aborda a questão de como obter a curva i-v do diodo em laboratório.…”