|
W 1914, J. Franck i G. Hertz ogłosili zaobserwowanie przerywanej emisji energii, gdy elektrony przechodzą przez opary rtęci i wynikającą emisję ultrafioletowej linii spektralnej
(l = 254 nm) rtęci. Kilka miesięcy później Niels Bohr rozpoznał, że ich doświadczenie wspiera jego model atomu.
Doświadczenie to jest dostępnie w dwóch odmianach, doświadczenie P6.2.4.1
|
i P6.2.4.2, różniące się tylko sposobem rejestracji i analizy danych pomiarowych. Atomy rtęci są zamknięte w tetrodzie z katodą, elektrodą sterującą typu siatkowego, siatki przyspieszającej i elektrody docelowej. Siatka sterująca zapewnia praktycznie stały prąd emisji katody. Napięcie przeciwne jest przyłożone pomiędzy siatkę przyspieszającą i elektrodę docelową. Gdy napięcie przyspieszające U pomiędzy katodą i siatką przyspieszającą jest zwiększone, prąd docelowy I ściśle odpowiada charakterystyce rury gdy wzrośnie powyżej napięcia przeciwnego. Jak tylko elektrony uzyskają energię kinetyczną wystarczającą do wzbudzenia atomów rtęci poprzez zderzenia niesprężyste, elektrony nie są w stanie osiągnąć celu i docelowy prąd spada. Przy tym napięciu przyspieszenia, strefa wzbudzenia znajduje się bezpośrednio przez siatką wzbudzającą. Gdy napięcie przyspieszające jest dalej zwiększane, strefa wzbudzenia przemieszcza się w kierunku katody, elektrony ponownie mogą akumulować energię podczas ich drogi do siatki i ponownie prąd docelowy wzrasta. Ostatecznie, elektrony ponownie mogą wzbudzać atomy rtęci, prąd docelowy ponownie spada itd. Tym samym charakterystyka I(U) demonstruje wahania okresowe, w których odległość pomiędzy minimami DU = 4.9 V odpowiada energii wzbudzenia atomów rtęci ze stanu podstawowego 1S0 do pierwszego stanu 3P1.
|
Gdy atomy neonu są wzbudzane poprzez zderzenia niesprężyste elektronów w ciśnieniu gazu ok. 10 hPa, najprawdopodobniej wystąpi wzbudzenie do stanów, które są 18.7 eV powyżej stanu podstawowego. Zanik wzbudzenia tych stanów może wystąpić pośrednio przez stany przejściowe, z emisją fotonów. W tym procesie, fotony mają długość fali w zakresie widzialnym pomiędzy czerwonym i zielonym. Emitowane światło może być zaobserwowane gołym okiem i np. zmierzyć szkolnym spektroskopem Kirchhoff/Bunsen (467 112).
Doświadczenie Francka-Hertza z neonem jest dostępne w dwóch odmianach, doświadczenie P6.2.4.3 i P6.2.4.4, różniące się tylko sposobem rejestracji i analizy danych pomiarowych. W obu odmianach, atomy neonu są zamknięte w szklanej rurze z czterema elektrodami:
katodą K, elektrodą sterującą typu siatkowego G1, siatka przyspieszającą G2 i elektrodą docelową A. Jak w doświadczeniu Francka-Hertza z rtęcią, napięcie przyspieszenia U jest stale zwiększane i mierzony jest prąd I elektronów, które są zdolne do pokonania napięcia przeciwnego pomiędzy G2 i A i docierają do celu.
Prąd docelowy jest zawsze najniższy, gdy energia kinetyczna bezpośrednio przed siatką G2 jest wystarczająca do zderzenia atomów neonu i ponownie wzrasta wraz z napięciem przyspieszenia. Możemy zaobserwować wyraźnie oddzieloną czerwoną warstwę świecącą pomiędzy siatkami G1 i G2; ich liczba wzrasta wraz z napięciem. Są to strefy wysokiej gęstości wzbudzenia, w których wzbudzone atomy emitują światło w zakresie widzialnym.
|
|
