El Franck-Hertz experimenta era un experimento que proporcionó la ayuda para el modelo de Bohr del átomo, un precursor de la física a los mecánicos de Quantum . En el 1914, el alemán James Franck de los físicos y el Gustavo Luis Hertz intentado para sondar experimental los niveles de energía del átomo . Franck-Hertz ahora-famoso experimenta modelo de s de Bohr Niels elegante apoyado 'del átomo, con los electrones moviendo en órbita alrededor del núcleo con energías específicas, discretas. Concedieron Franck y Hertz el Premio Nobel Del en la física en el 1925 para este trabajo.
Franck-Hertz experimenta el modelo cuantificado de Bohr confirmado del átomo demostrando que los átomos podrían absorber de hecho solamente (y ser excitado cerca) cantidades específicas de energía (quanta).
El experimento
El experimento clásico implicó un tubo que contenía el gas de la presión baja cabido con tres electrodos: un electrón que emite el cátodo, una rejilla del acoplamiento para la aceleración, y un ánodo . El ánodo fue sostenido en un potencial eléctrico levemente negativo concerniente a la rejilla (aunque positivo comparado al cátodo), de modo que los electrones tuvieran que tener una pequeña cantidad de la energía cinética para alcanzarla después de pasar la rejilla. Los instrumentos fueron cabidos para medir el paso actual entre los electrodos, y para ajustar la diferencia potencial (voltaje) entre el cátodo (electrodo negativo) y la rejilla de aceleración. en las diferencias-para arriba potenciales bajas a 4.9 voltios cuando el tubo contuvo la corriente del vapor- del mercurio a través del tubo creciente constantemente con el aumento de diferencia potencial. El voltaje más alto aumentó el campo eléctrico en el tubo y los electrones fueron dibujados más poderosamente hacia y con la rejilla de aceleración.9 voltios la corriente cae agudamente, casi de nuevo a cero.
La corriente aumenta constantemente de nuevo si el voltaje se aumenta más lejos, hasta que se alcancen 9.8 voltios (exactamente 4.8 voltios a la caída brusca similar se observa.
Esta serie de inmersiones en corriente en los incrementos de aproximadamente 4.9 voltios continuará visiblemente a los potenciales por lo menos de 100 voltios.
Interpretación de resultados
Franck y Hertz podían explicar su experimento en términos elástico y las colisiones inelásticas en los potenciales bajos, los electrones acelerados adquirieron solamente una cantidad modesta de energía cinética. Cuando encontraron los átomos del mercurio en el tubo, participaron en las colisiones puramente elásticos. Esto es debido a la predicción de los mecánicos de quántum que un átomo no puede absorber ninguna energía hasta que la energía de la colisión exceda eso requerida para levantar un electrón que esté limitado al átomo en un estado de una energía más alta.
Con las colisiones puramente elásticos, la cantidad total de energía cinética en el sistema sigue siendo igual. Puesto que los electrones están sobre mil veces menos masivo que incluso los átomos más ligeros, éste significó que los electrones se aferraron a la gran mayoría de esa energía cinética. Potenciales más altos sirvieron conducir más electrones con la rejilla al ánodo y aumentar la corriente observada, hasta que el potencial de aceleración alcanzara 4.
La excitación electrónica de la energía más baja que un átomo del mercurio puede participar adentro requiere 4.9 electronvoltios (eV). Cuando el potencial de aceleración alcanzó 4.9 voltios, cada electrón libre poseyó exactamente el eV 4.9 de la energía cinética (sobre su energía de resto en esa temperatura) cuando alcanzó la rejilla. Por lo tanto, una colisión entre un átomo del mercurio y un electrón libre en ese punto podía ser inelástica: es decir, una energía cinética del electrón libre se podía convertir en energía potencial levantando el nivel de energía de un electrón limitado a un átomo del mercurio: se llama esto excitación del átomo del mercurio. Con la pérdida de toda su energía cinética adquirida de esta manera, el electrón libre puede superar no más el potencial negativo leve en el electrodo de tierra, y las gotas actuales medidas agudamente.
Pues se aumenta el voltaje, los electrones participarán en una colisión inelástica, pierden su eV 4.9, pero por otra parte continúan siendo acelerados. De este modo, las subidas actuales después del potencial de aceleración exceden otra vez de 4.8 V, la situación cambia otra vez. Allí, cada electrón ahora tiene energía bastante a participar en colisiones inelásticas del dos, excita dos átomos del mercurio, y después se vaya sin energía cinética. De nuevo, las gotas actuales observadas. En los intervalos de 4.9 voltios este proceso repetirá; cada vez que los electrones experimentarán una colisión inelástica adicional.
Efecto en otros gases
Un patrón similar se observa con el gas de neón, pero en los intervalos de aproximadamente 19 voltios. El proceso es idéntico, apenas con un umbral mucho diverso. Una diferencia adicional es que un resplandor aparecerá cerca de la rejilla de aceleración en 19 voltios--una de las transiciones de átomos de neón relaxing emite la luz rojo-anaranjada. Este resplandor se moverá más cercano al cátodo con el aumento de potencial de aceleración, a cualquier punto en el tubo los electrones adquieren el eV 19 requerido para excitar un átomo de neón. En 38 voltios dos de distinto brilla intensamente será visible: la una entre el cátodo y la rejilla, y una derecha en la rejilla de aceleración. Potenciales más altos, espaciados en los intervalos de 19 voltios, darán lugar a regiones que brillan intensamente adicionales en el tubo.
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