Experimentul Franck-Hertz

Experimentul Franck-Hertz a fost un experiment fizic realizat de oamenii de știință germani James Franck și Gustav Ludwig Hertz în 1914 pentru a testa modelul atomic al lui Bohr , care a teorizat prezența unor niveluri discrete de energie pentru orbitele electronilor din jurul nucleului . Experimentul, care a confirmat modelul cuantificat al nivelurilor de energie atomică, i-a adus celor doi fizicieni Premiul Nobel pentru fizică în 1925 .

Experimentul

Aparatul experimental utilizat de Franck și Hertz a constat dintr - un tub care conține o joasă presiune a gazului substanței supuse experimentului (în cazul experimentului inițial, mercurul gaz), în interiorul căruia au fost plasate trei electrozi: un catod de emisie de electroni, o grila de accelerare și un anod , plasat la un potențial ușor mai mic decât cel al grilei, dar totuși pozitiv față de cel al catodului . Prin intermediul instrumentelor adecvate, diferențele de potențial dintre catod și rețea ar putea fi variate și curentul dintre cei doi electrozi poate fi măsurat.

Curentul dintre electrozi în funcție de potențialul de accelerație

Ideea din spatele experimentului este că, în coliziunea dintre electronii accelerați și atomii de gaz, energia cinetică este absorbită de atomi numai dacă este egală cu diferența de energie dintre două niveluri de energie care, conform modelului lui Bohr , are o valoare finită și discretă. Prin intermediul potențialului de accelerație $\Delta V$ ${\ displaystyle \ Delta V}$ $\ Delta V$ puteți verifica energia cinetică medie a electronilor, care va fi

K={\frac {1}{2}}m_{e}v^{2}=e\Delta V

{\ displaystyle K = {\ frac {1} {2}} m_ {e} v ^ {2} = e \ Delta V}

K = {\ frac {1} {2}} m_ {e} v ^ {2} = e \ Delta V

Dacă această energie este mai mică decât energia de tranziție între primele două niveluri de energie $W_{1}$ ${\ displaystyle W_ {1}}$ $W_ {1}$ Și $W_{2}$ ${\ displaystyle W_ {2}}$ $W_ {2}$ , adică dacă

e\Delta V<W_{2}-W_{1},

{\ displaystyle e \ Delta V <W_ {2} -W_ {1},}

și \ Delta V <W_ {2} -W_ {1},

atunci coliziunile cu atomii sunt în principal elastice, prin urmare energia cinetică totală a electronilor rămâne constantă și, prin urmare, curentul măsurat pe circuit crește odată cu creșterea potențialului. Când în schimb

e\Delta V=W_{2}-W_{1}

{\ displaystyle e \ Delta V = W_ {2} -W_ {1}}

și \ Delta V = W_ {2} -W_ {1}

majoritatea coliziunilor dintre electroni și atomi devin inelastice, deoarece energia cinetică medie a electronului este suficientă pentru a excita atomul la următorul nivel de energie. În consecință, electronii care și-au pierdut toată energia cinetică în urma impactului nu pot ajunge la anod (care are un potențial mai mic decât rețeaua) și acest lucru duce la o reducere bruscă a curentului măsurat.

Prin creșterea în continuare a potențialului, electronii care au renunțat la energia cinetică într-o coliziune cu un atom de mercur vor fi accelerați din nou până ajung la anod, astfel încât curentul crește în funcție de potențial, până când energia furnizată devine suficientă pentru o nouă coliziune inelastică. În concluzie, vom observa de fiecare dată scăderi ale curentului măsurat

e\Delta V=n(W_{2}-W_{1})

{\ displaystyle e \ Delta V = n (W_ {2} -W_ {1})}

și \ Delta V = n (W_ {2} -W_ {1})

unde n este un număr natural.

Rezultatele experimentului sunt exemplificate în figura laterală, care arată scăderi ale curentului măsurat când $\Delta V$ ${\ displaystyle \ Delta V}$ $\ Delta V$ este un multiplu de 4,9 V, corespunzător diferenței de energie de 4,9 eV între primele două niveluri ale atomului de mercur, confirmând în mod substanțial ipoteza lui Bohr privind absorbția energiei de către atomi.

Bibliografie

J. Franck și G. Hertz, Über Zusammenstöße zwischen Elektronen und Molekülen des Quecksilberdampfes und die Ionisierungsspannung desselben , în Verh. Dtsch. Fizic. Iisus , vol. 16, 1914, pp. 457–467.

Elemente conexe

linkuri externe

( EN ) Experiment Franck-Hertz , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica

V · D · M Mecanica cuantică
Formalismul matematic	Notare Bra-ket · Spațiul Hilbert · postulatele mecanicii cuantice · utilizator comun · Interferența (fizică)
Fundamente și principii	Principiul incertitudinii Heisenberg · Principiul complementarității · Funcția de undă · prăbușirea funcției de undă · Interpretarea de la Copenhaga · Spin · Vechea teorie cuantică · Interpretarea lui Bohm
Operatori	Pulsul Operator · Poziția operatorului · Operatorul Hamiltoniene · Operator momentului cinetic · densitatea operatorului
Formulări	Mecanica undelor · Mecanica matricilor · Integrală pe căi
Ecuații	Ecuația Dirac · ecuația Klein-Gordon · ecuația Pauli · ecuația Schrödinger
Paradoxuri	Pisica lui Schrödinger · Paradoxul EPR · Cuanticul sinuciderii