Frank Hercov eksperiment dokaz postojanja diskretnih energetskih nivoa

Frank Hercov eksperiment dokaz postojanja diskretnih energetskih nivoa

Franck-Hertz’ov eksperiment • • Zagrijano vlakno emituje elektrone u elektronskoj cijevi, koja može da bude napunjena živinom parom ili potpuno evakuisana tj. da je u njoj vakuum. Promjenjljiv (pozitivan) ubrzavajući napon, VA, je priključen na mrežicu – Elektroni dobiju kinetičku energiju K = e. VA • Postoji (negativan) usporavajući napon (Vr) između mrežice i anode. • Samo oni elektroni koji imaju dovoljno [kinetičke] energuje će savladati ovu potencijalnu barijeru i stići na anodu te doprinijeti porastu anodne struje koju mjeri ampermetar.

Franck-Hertz’ov eksperiment • Ako je Vr > VA elektroni ne mogu stići na anodu, pa tako instrument neće pokazivati protok struje. • Ako je Vr < VA, then, ukoliko je cjevčica pod visokim vakuumom, većina elektrona će stići do anode i imati energiju|e|(VA - Vr)

Franck-Hertz’ov eksperiment • Ako u cijevi ima zaostalog gasa, elektroni mogu da izgube energiju u sudarima sa atomima gasa. – Ti sudari su neelastični, t. j. Elektroni gube energiju i ona se pretvara u unutrašnju energiju atoma gasa. • Stoga, čak i u slučaju kada je Vr < VA, moguće je da elektroni neće biti u stanju proći do anode i doprinijeti porastu struje ktoz kolo.

Franck-Hertz’ov eksperiment • Franck i Hertz su posmatrali anodnu struju kao funkciju od VA (>Vr) kada je cijev bila napunjena raznim gasovima (na slici je U-I karakteristika za živinu paru). • U početku je struja rasla kao što se i očekuje za tipičnu vakuumsku cijev, ali pri naponu od ~4. 9 V struja se iznenada i naglo smanjila. • Onda se njen porast nastavio do 9. 8 V, i tako dalje. VA

Franck-Hertz’ov eksperiment • Struja je opadala zato što je manje elektrona dolazilo do anode. • Ovo je moguće samo ako su elektroni usput izgubili svoju energiju, tj. ako su vršili neelastične sudare. • Kada je VA = 4. 9 × n Volti (n = 1, 2, 3, …) elektroni trpe neelastične sudare sa atomima žive. • Atomi žive preuzimaju dio energije koju u sudarima gube elektroni! VA

Franck-Hertz’ov Eksperiment • Zašto se pad anodne struje dešava samo pri određenim naponima? • Kada bi Hg atomi mogli u sudaru sa elektronima da preuzmu bilo koji iznos energije, onda bi elektroni mogli stalno da gube energiju u svakom sudaru. • Međutim, ako pretpostavimo da je Hg energetski spektar diskretan, onda će oni moći od elektrona da prime samo određene iznose energije pri sudaru sa njima. • Prema tome, energetski spektar atoma Hg je takav da je njegov prvi viši nivo leži ~4. 9 e. V iznad osnovnog stanja.