Frank og Hertz forsøg

Formål:

At bekræfte Bohrs postulat om at atomare systemer kun kan eksistere i visse tilstande med bestemte energier.

Apparatur:

De atomer, der undersøges er kviksølv (Hg) atomer, som er i et glasrør, der opvarmes til 200 C, så kviksølvet er på dampform. I røret er der indsmeltede elektroder (se fig.); nederst er der en glødetråd, som har negativt elektrisk potential i forhold til et gitter i midten, og øverst er der en anode, som altså også er negativ i forhold til gitteret. Elektroner afgives fra glødetråden (termisk emmision), accelereres gennem acceleration-spændingen, U, passerer gennem gitteret (tildels), og opfanges på anoden, hvor de giver ophav til en strøm, I. Anodestrømmen er ganske svag, så den gennemgår en forstærkning, men I kan tænke på den del af apparatet som et meget fintfølende pico-Ampere-meter.

Fremgangsmåde:

Varmelegemet tilsluttes 220 V, og termostaten stilles på 200. Røret skal varme op, fx i 5 minutter. Brug den tid til at kontrollere at resten af ledningerne sidder korrekt (det tager nok ca. så længe). U skal gradvis forøges, fra ca. 4 V til ca. 40 V Brug som tilvækster i spænding fx 0,5 V eller mindre. Notér sammenhørende værdier af U og I. Afbild resultaterne grafisk med passende valgte akser.

Teori:

Man kunne tænke sig flg.: Elektronerne accelereres gennem potentialet, U, så jo større, U er desto større energi har elektronerne, og jo større bliver srømmen, I. Dette er kun tildels korrekt (se din graf). Når elektronerne har en energi, så de netop kan anslå ét Hg atom, vil de afgive nøjagtig den energi, der kræves til det, og derfor vil man se et fald i strømmen. Når spændingen (energien) så forøges videre stiger strømmen igen. Der er yderligere minima de steder, hvor elektronernes energi er således, at de kan anslå 2,3,4 osv. Hg atomer undervejs.

Rapporten

bør indeholde en beskrivelse i dine egne ord af forsøget og teorien bag. U-I grafen inkluderes. Undervejs bør du løse flg. opgave.

Opgave: Find afstanden mellem minima på din graf. Hvilken energi, E, svarer det til at atomerne anslås med? Hvis senere al den energi udsendes i én foton (vi antager, at der er tale om en overgang mellem 'nabo'-energiniveauer), hvilken bølgelængde har fotonen så? Sammenlign med Hg spektrum i databog.