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. |
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