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: W_kin=1/2 m v² = W_el = U e
Energie eines Photons: W_ph = 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.

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.

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.

zurück home inhalt Lösungen