Politechnika Krakowska Fizyka Techniczna	SZ Magdalena Karpińska	Rok II 99/2000 Semestr III	Data :1999-08-18
Grupa : 1 Zespół : 6			Ćw. 53	Podpis :
					Ocena:

Wstęp teoretyczny

Doświadczenie Franka-Hertza jest potwierdzeniem faktu że atomy mogą emitować lub pochłaniać energię tylko w określonych porcjach, zwanych kwantami energii.

Doświadczenie to polega na bombardowaniu atomów rtęci elektronami.

Przy energii elektronów mniejszej od określonej wartości, zderzenia są sprężyste, czyli zachodzą bez straty energii kinetycznej. Natomiast w przypadku, gdy energia elektronu wynosi ok. 4.9 eV , zderzenia mogą być niesprężyste. Atom rtęci pochłania wówczas energię elektronu I wykorzystuje ją do przejścia w pierwszy dostępny stan wzbudzony.

Do obserwacji tego zjawiska posługujemy się lampą Franka-Hertza.

W zamkniętej bańce szklanej wypełnionej parami rtęci znajdują się : żarzona katoda K , anoda A, oraz dwie siatki S₁ i S₂ .

Elektrony wylatujące z katody K przyspieszane są wstępnie niewielką różnicą potencjałów U₁ katodą I siatką S₁ . Następnie elektrony przyspieszane są w obszarze między siatkami S₁ i S₂ za pomocą regulowanego napięcia U₂ . W obszarze tym elektrony ulegają wielokrotnym zderzeniom z atomami rtęci. Jeżeli energia elektronu jest mniejsza od energii wzbudzenia atomu rtęci wynoszącej 4.9 eV, to zderzenia są sprężyste i elektrony prawie nie tracą energii kinetycznej z uwagi na wielokrotną przewagę masy atomu rtęci nad masą elektronu.

Wraz ze wzrostem napięcia U₂ między siatkami S₁ i S₂ , obserwuje się początkowo wzrost prądu anodowego I_A , gdyż coraz większa liczba elektronów dociera do anody pokonując małe napięcie hamujące U ₃ , które przykładamy między siatkę S₂ i anodę A .

Jeżeli energia elektronów przekracza wartość 4.9eV, pojawiają się zderzenia nie sprężyste, powodujące wzbudzenia atomów rtęci. Elektrony biorące udział w tych zderzeniach zostają pozbawione energii kinetycznej i nie mają możliwości dojścia do anody z uwagi na obecne pomiędzy siatką S₂ i anodą A pole hamujące .

Pojawienie się zderzeń niesprężystych powoduje początkowo zahamowanie wzrostu prądu . Jeżeli dalej będziemy zwiększać napięcie U₂ to prąd anodowy po osiągnięciu pewnej wartości minimalnej zaczyna rosnąć , co jest związane z tym , że coraz większa liczba elektronów może po ponownym przyspieszeniu pokonać napięcie hamujące między siatką S₂ i anodą. Następne załamanie krzywej prądu anodowego odpowiada ponownemu osiągnięciu przez elektrony energii 4.9eV.przy dalszym wzroście napięcia U₂ mogą być obserwowane dalsze zderzenia niesprężyste , czyli dalsze załamania prądu anodowego. Krzywa zależności prądu anodowego I_A od napięcia U₂ dodatkowo wykazuje charakter rosnący , co spowodowane jest coraz bardziej uporządkowanym ruchem elektronów w lampie przy wzrastającym napięciu między siatkami . Dzięki temu również maksima są ostrzejsze i położone bardziej regularnie , co pozwala z dobrą dokładnością odczytać energię wzbudzenia atomów rtęci 4,9eV pokrywającą się z odległością między sąsiednimi maksimami .

Wzbudzeniu atomów rtęci na pierwszy dostępny poziom o energii 4,9eV towarzyszy emisja promieniowania związanego z powrotem atomów wzbudzonych do stanu podstawowego. Odpowiadająca temu przejściu fala elektromagnetyczna ma dł. λ=253.7nm ,czyli leży w ultrafiolecie I dlatego nie może być bezpośrednio obserwowana.