Transcript Franck-Hertzov eksperiment ppt

Frank Hercov eksperiment
dokaz postojanja diskretnih energetskih nivoa
Franck-Hertz’ov eksperiment
•
•
Zagrijano vlakno emituje elektrone u elektronskoj cijevi, koja može da bude
napunjena živinom parom ili potpuno evakuisana tj. da je u njoj vakuum.
Promjenjljiv (pozitivan) ubrzavajući
napon, VA, je priključen na mrežicu
– Elektroni dobiju kinetičku energiju
K = eVA
•
Postoji (negativan) usporavajući napon
(Vr) između mrežice i anode.
•
Samo oni elektroni koji imaju
dovoljno [kinetičke] energuje će
savladati ovu potencijalnu barijeru i
stići na anodu te doprinijeti porastu
anodne struje koju mjeri
ampermetar.
Franck-Hertz’ov eksperiment
•
Ako je Vr > VA elektroni ne mogu stići na anodu, pa tako instrument neće
pokazivati protok struje.
•
Ako je Vr < VA, then, ukoliko je cjevčica pod visokim vakuumom, većina
elektrona će stići do anode i imati energiju|e|(VA - Vr)
Franck-Hertz’ov eksperiment
• Ako u cijevi ima zaostalog gasa, elektroni mogu da izgube energiju u
sudarima sa atomima gasa.
– Ti sudari su neelastični, t.j. Elektroni gube energiju i ona se
pretvara u unutrašnju energiju atoma gasa.
• Stoga, čak i u slučaju
kada je Vr < VA, moguće
je da elektroni neće biti u
stanju proći do anode i
doprinijeti porastu struje
ktoz kolo.
Franck-Hertz’ov eksperiment
•
Franck i Hertz su posmatrali
anodnu struju kao funkciju od VA
(>Vr) kada je cijev bila
napunjena raznim gasovima (na
slici je U-I karakteristika za
živinu paru).
•
U početku je struja rasla kao što
se i očekuje za tipičnu
vakuumsku cijev, ali pri naponu
od ~4.9 V struja se iznenada i
naglo smanjila.
•
Onda se njen porast nastavio
do 9.8 V, i tako dalje.
VA
Franck-Hertz’ov eksperiment
•
Struja je opadala zato što je manje elektrona dolazilo do anode.
•
Ovo je moguće samo ako su
elektroni usput izgubili svoju
energiju, tj. ako su vršili
neelastične sudare.
•
Kada je VA = 4.9 × n Volti (n = 1,
2, 3, …) elektroni trpe
neelastične sudare sa atomima
žive.
•
Atomi žive preuzimaju dio
energije koju u sudarima gube
elektroni!
VA
Franck-Hertz’ov Eksperiment
•
Zašto se pad anodne struje dešava samo pri određenim naponima?
•
Kada bi Hg atomi mogli u sudaru sa elektronima da preuzmu bilo koji iznos
energije, onda bi elektroni mogli stalno da gube energiju u svakom sudaru.
•
Međutim, ako pretpostavimo da je Hg energetski spektar diskretan, onda će
oni moći od elektrona da prime samo određene iznose energije pri sudaru
sa njima.
• Prema tome, energetski spektar atoma Hg je takav da je njegov prvi
viši nivo leži ~4.9 eV iznad osnovnog stanja.