Lösung: A-0023

Franck-Hertz-Versuch

Versuchsvorbereitung: a) siehe Skizze b) Ist Ug < UB, so können die Elektronen z.T durch die Lücken des Gitters hindurch bis zur Auffangelektrode gelangen. Ein Teil fließt also über das Gitter zum Pluspol der Beschleunigungsspannung, ein anderer Teil über die Auffangelektrode zum Minuspol (entgegen der klassischen Stromrichtung ! ) der Gegenspannung. Ist Ug > UB, so kehren alle Elektronen, die in den Raum zwischen Gitter und Auffangelektrode gelangen, wieder um. Die Elektronen fließen ausschließlich über das Gitter ab. c) Man muss erwarten, dass der Strom durch das Gitter mit wachsender Beschleunigungsspannung ansteigt. Ist UB>Ug, so setzt zusätzlich ein Strom von der Auffangelektrode zur Elektrizitätsquelle der Gegenspannung ein, der entgegen der Gegenspannung gerichtet ist.

mögliche Messung: Ug=1,5V Sobald das erste Minimum auftritt kann man u.U. einen Leuchtstreifen zwischen Glühwendel und Gitter beobachten. Mit jedem neuen Miniumum kommt ein weiterere Streifen hinzu.

UB in V IA in μA Maximum 0 0 1 0 2 0,1 3 0,9 4 1,8 bei 4,5V 5 0,9 6 0,9 7 1 8 1,8 9 2,7 bei 9V 10 1,8 11 1,8 ... ...

Erklärung: unelastische Stöße mit den Quecksilberatomen
Die Elektronen können, sobald sie eine kinetische Energie von mehr als 4,5eV erreicht haben, Elektronen aus dem untersten Energieniveau auf das nächsthöhere Niveau anheben. Dadurch geben Sie 4,5eV an kinetischer Energie an die Quecksilberatome ab.
In diesem Fall reicht ihre verbleibende kinetische Energie nicht mehr aus, um zur Auffangelektrode zu gelangen, der Strom nimmt wieder ab.
Erreicht die Beschleunigungsspannung ein Vielfaches von 4,5V, so sind mehrere Stöße zwischen Glühwendel und Gitter möglich. Entsprechend nimmt auch hier der Strom wieder ab.

Der Strom geht nicht auf Null zurück, da die Elektronen in dem sehr dünnen Gas nicht sofort einen Stoß durchführen müssen. Es ist auch möglich, dass sie bis zur Auffangelektrode gar keinen Stoß durchführen, da sie nicht auf ein Quecksilberatom treffen.

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