Zur Haupt­na­vi­ga­ti­on sprin­gen [Alt]+[0] Zum Sei­ten­in­halt sprin­gen [Alt]+[1]

Das Franck-Hertz-Ex­pe­ri­ment

a) Ver­suchs­auf­bau

Gra­fi­ken: Da­nie­la Bed­nar­ski

Gas­för­mi­ge Queck­sil­be­ra­to­me wer­den mit Elek­tro­nen be­schos­sen: Mit der Span­nung UB wer­den Elek­tro­nen von der Glüh­ka­tho­de K zur Netz­an­ode N hin be­schleu­nigt. Bei ge­nü­gend gro­ßer En­er­gie er­rei­chen sie die Anode A und lie­fern den Strom IA.

b) Röhre ohne Gas

Gra­fi­ken: Da­nie­la Bed­nar­ski

Elek­tro­nen be­we­gen sich im Va­ku­um un­ge­stört zum An­oden­netz N. Ist UB >2V, kön­nen sie gegen die zwi­schen N und A lie­gen­de Ge­gen­span­nung UG=2V an­lau­fen. Nur dann er­rei­chen sie A und das Mess­ge­rät re­gis­triert den Strom IA. Die­ser steigt erst bei UB>2V mo­no­ton mit der Span­nun­gUB.

c) Röhre ge­füllt mit Hg-Dampf der Tem­pe­ra­tur 180°

Gra­fi­ken: Da­nie­la Bed­nar­ski

Der Strom IA steigt an, bis UB=4,9V er­reicht ist. Bei UB<4,9V geben die (re­la­tiv lang­sa­men) Elek­tro­nen keine En­er­gie ab; sie wer­den nur leicht ab­ge­lenkt und lau­fen gegen A an. Diese Stöße sind elas­tisch d.h. ohne En­er­gie­über­tra­gung.

Über­steigt UB den Wert 4,9V, dann sinkt IA ab­rupt ab. Die Elek­tro­nen er­rei­chen kurz vor N die En­er­gie 4,9eV. Dort neh­men Hg-Atome diese En­er­gie in nun in­elas­ti­schen Stö­ßen in ihr In­ne­res auf: Sie wer­den an­ge­regt. Die Elek­tro­nen ver­lie­ren ihre En­er­gie und wer­den ab­ge­bremst. Sie durch­que­ren zwar noch das An­oden­netz N, keh­ren aber vor A um und lan­den auf N.

Die­ses Ab­sin­ken tritt mehr­fach auf: bei der 2-, 3-, 4- fa­chen Span­nung etc.

Das Franck-Hertz-Ex­pe­ri­ment zeigt, dass Atome bei Stö­ßen nur be­stimm­te En­er­gie­be­trä­ge auf­neh­men.

⇒Die En­er­gie der Atome ist quan­ti­siert.

d) Be­deu­tung des Franck-Hertz-Ex­pe­ri­ments

Die Queck­sil­ber-Atome neh­men die En­er­gie E=4,9eV nicht nur auf, son­dern geben diese so­fort wie­der ab, indem sie Pho­to­nen emit­tie­ren. Diese haben die Fre­quenz

(UV-Be­reich)

Atome sind „Kurz­zeitspei­cher“ für En­er­gie. Wir ord­nen ihnen scharf be­grenz­te (=dis­kre­te) En­er­gie­ni­veaus zu.

Zwi­schen E1 und E2 fin­den Über­gän­ge der Elek­tro­nen statt:

  • Den Über­gang E1↑E2 führt das Atom aus, wenn es den En­er­gie­be­trag 4,9eV auf­nimmt.
  • Beim Über­gang zu­rück (E2↓E1) gibt das Atom den En­er­gie­be­trag ΔEA= E2–E1 =4,9eV wie­der ab und emit­tiert dabei ein UV-Quant mit

Bohr’sche Fre­quenz­be­din­gung:

Geht ein Elek­tron von einem Zu­stand hoher En­er­gie Em in einen Zu­stand ge­rin­ge­rer En­er­gie En über, so gibt es En­er­gie an ein Pho­ton ab (Emis­si­on):

Beim Über­gang vom nied­ri­gen in ein hö­he­res En­er­gie­ni­veau wird ein Pho­ton der En­er­gie

auf­ge­nom­men.

 

Das Franck-Hertz-Ex­pe­ri­ment: Her­un­ter­la­den [docx][187 KB]

Das Franck-Hertz-Ex­pe­ri­ment: Her­un­ter­la­den [pdf][241 KB]

 

Wei­ter zu Was­ser­stoffspek­trum