Der Franck-Hertz-Versuch
quantenmechanische Stoßprozesse mit Elektronen in einem Gas
Grundlagen: Absorbtion und Emission
Die Elektronen in einem Atom können Energie aus Photonen oder durch
Stoßprozesse mit anderen Elektronen aufnehmen. und dadurch auf ein höheren
Energieniveau angehoben werden. Dies nennt man Absorbtion.
Es gelten:
Kinetische Energie eines durch eine Spannung beschleunigten Elektrons:
Wkin=1/2 m v2 = Wel = U e
Energie eines Photons: Wph = h f
Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Frequenz: c = f λ
Versuchsvorbereitung: klassische Überlegungen
In einer Glasröhre befindet sich ein Vakuum mit einem Tropfen
Quecksilber. Der Versuchsaufbau wird durch eine Heizplatte soweit
erhitzt, dass in der gesamten Röhre ein Quecksilberdampf ist.
Nun sollen Elektronen von der Glühwendel bis zum Gitter beschleunigt
und anschließend bis zur Auffangelektrode wieder abgebremst werden.
a) Wie müssen die eingezeichneten Spannungen für diesen Versuch gepolt
sein?
b Wie müssten dann die Ströme gerichtet sein?
c) Welches Verhalten ist nach klassischen Überlegungen bei
verschiedenen Spannungen zu erwarten? Vernachlässigen Sie zunächst den
Quecksilberdampf. |
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Versuch: Messung des Auffangstromes
Mit Hilfe geeigneter Messgeräte (bei der Strommessung ist evtl ein
Verstärker notwendig) werden Beschleunigungsspannung und Auffangstrom
bei fester Gegenspannung gemessen.
a) Nehmen sie eine Messreihe auf.
b) Reproduzieren Sie nochmals die Position der beobachteten Maxima.
c) Beobachten sie - wenn möglich - die bei diesem Versuch entstehenden
Leuchterscheinungen. |
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Erklärung: Energieniveauschema des Quecksilbers
Im Quecksilberdampf kommt es zu Stößen zwischen den freien Elektronen
und den Quecksilberatomen.
Erklären Sie das Phänomen mit Hilfe des nebenstehenden (stark
vereinfachten) Energieniveauschemas des Quecksilbers.
Gehen Sie auch darauf ein, warum die Stromstärke nicht auf Null
zurückgeht.
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