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Franck - Hertz - Versuch
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Franck - Hertz - Versuch
Levin BrinkmannNico Castrup
Thomas RösslerChristian Schomakers
Vanessa Menke
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Historisches
• James Frank (1882 – 1964),Gustav Hertz (1887 – 1975)
• Versuch zur Ionisierungsenergie von Quecksilber (1913)
• Dieser Versuch wurde als Bestätigung des bohrschen Atommodells angesehen.
• Erhalt der Nobelpreises für Physik (1925)
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Versuchsaufbau
• mit Quecksilberdampf gefüllter Glaskolben• Regulierbare Beschleunigungsspannung zwischen
Kathode und Gitter• Geringes, konstantes Gegenfeld zwischen Gitter
und Auffänger• Messung der Stromstärke zwischen Kathode und
Auffänger zur Feststellung der ankommenden Elektronen
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Versuchsdurchführung
• Solange die Beschleunigungsspannung niedriger ist als die Gegenfeldspannung, wird kein Stromfluss gemessen
• Danach steigt die Stromstärke exponentiell an• Bei einer bestimmten Spannung sinkt die
Stromstärke schlagartig ab
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Versuchsdurchführung
• Bei einer weiteren Erhöhung der Spannung steigt die Stromstärke wieder bis zu einem zweiten Maximum an
• Dies wiederholt sich in periodischen Abständen, wobei die Maximalstromstärke von Höhepunkt zu Höhepunkt ansteigt
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Auswertung
• Bis zu einer Beschleunigungsspannung von 4.9 eV stoßen die Elektronen in elastischen Stößen auf die Atome
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Auswertung
• Ab einer kinetischen Energie von 4,9 eV stoßen die Elektronen in unelastischen Stößen auf die Atome
• Dabei geben sie Energie an die Atome ab und haben dadurch nicht mehr genug kinetische Energie, um das Gegenfeld zu überwinden
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Auswertung
• Wird die Spannung weiter erhöht sammeln die Elektronen nach ihrem unelastischen Stoß noch kinetische Energie und können dadurch das Gegenfeld wieder überwinden, die Stromstärke steigt
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Auswertung
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Deutung
• Die Elektronen geben Energie immer nur in bestimmten Portionen (4,9 eV) ab
• Franck und Hertz hielten dies für die Ionisierungsenergie des Quecksilbers
• Im Kontext des bohrschen Atommodells wurde dieser Effekt als Bestätigung für die Existenz von Elektronenschalen verschiedener Energien angesehen
• Die Elektronen wurden nicht aus dem Atom herausgelöst, sondern auf eine Schale höherer Energie gehoben
• Die Differenz dieser Schalen entspricht der abgegebenen Energie des Elektrons (4,9 eV)
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Bohrsches Atommodell
• Niels Bohr entwickelte 1913 sein Atommodell• Die Elektronen bewegen sich auf bestimmten, stabilen
Bahnen ohne dabei Energie (Photonen, Synchrotronstrahlung) abzugeben
• Jeder erlaubten Elektronenbahn entspricht eine bestimmte Energie der Elektronen
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Bohrsches Atommodell
• Wechselt ein Elektron die Bahn, so wird Energie mit der Differenz der Energieniveaus benötigt bzw. abgegeben
• Im konkreten Versuch wird nach dem Modell ein Elektron des Atoms durch den Beschuss mit anderen Elektronen auf die nächst höhere Energieschale gehoben
• Da dies ein instabiler Zustand ist, fällt das Elektron unmittelbar wieder auf die alte Schale zurück und emittiert dabei Strahlung einer bestimmten Energie (4,9 eV)
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Weiterführende Versuche
• Bei geringem Gasdruck im Glaskolben ergibt sich ein anderer Graphenverlauf
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Weiterführende Versuche
• Bei Erreichen der entsprechenden Energie stoßen die Elektronen nicht zwingend mit einem Atom zusammen, mit dem sie wechselwirken können
• Dadurch erreichen manche Elektronen eine so hohe kinetische Energie, dass sie die Elektronen eines Atoms um zwei Energieniveaus anheben können
• Die restlichen Elektronen erreichen weiterhin den Auffänger
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Franck - Hertz - Versuch Quellen
• Quellen: – http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph12/versuche/
10frankherz/franck_hertz.htm
– http://www.fkg-wuerzburg.de/schule/faecher/physik/facharb/feineis/feineis.php
– http://de.wikipedia.org/wiki/Franck-Hertz-Versuch
– http://de.wikipedia.org/wiki/Bohrsches_Atommodell
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