Franck - Hertz - Versuch 1 Levin Brinkmann Nico Castrup Thomas Rössler Christian Schomakers Vanessa...

Franck - Hertz - Versuch

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Levin BrinkmannNico Castrup

Thomas RösslerChristian Schomakers

Vanessa Menke


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Historisches

• James Frank (1882 – 1964),Gustav Hertz (1887 – 1975)

• Versuch zur Ionisierungsenergie von Quecksilber (1913)

• Dieser Versuch wurde als Bestätigung des bohrschen Atommodells angesehen.

• Erhalt der Nobelpreises für Physik (1925)


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Versuchsaufbau

• mit Quecksilberdampf gefüllter Glaskolben• Regulierbare Beschleunigungsspannung zwischen

Kathode und Gitter• Geringes, konstantes Gegenfeld zwischen Gitter

und Auffänger• Messung der Stromstärke zwischen Kathode und

Auffänger zur Feststellung der ankommenden Elektronen


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Versuchsdurchführung

• Solange die Beschleunigungsspannung niedriger ist als die Gegenfeldspannung, wird kein Stromfluss gemessen

• Danach steigt die Stromstärke exponentiell an• Bei einer bestimmten Spannung sinkt die

Stromstärke schlagartig ab


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Versuchsdurchführung

• Bei einer weiteren Erhöhung der Spannung steigt die Stromstärke wieder bis zu einem zweiten Maximum an

• Dies wiederholt sich in periodischen Abständen, wobei die Maximalstromstärke von Höhepunkt zu Höhepunkt ansteigt


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Auswertung

• Bis zu einer Beschleunigungsspannung von 4.9 eV stoßen die Elektronen in elastischen Stößen auf die Atome


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Auswertung

• Ab einer kinetischen Energie von 4,9 eV stoßen die Elektronen in unelastischen Stößen auf die Atome

• Dabei geben sie Energie an die Atome ab und haben dadurch nicht mehr genug kinetische Energie, um das Gegenfeld zu überwinden


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Auswertung

• Wird die Spannung weiter erhöht sammeln die Elektronen nach ihrem unelastischen Stoß noch kinetische Energie und können dadurch das Gegenfeld wieder überwinden, die Stromstärke steigt


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Auswertung


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Deutung

• Die Elektronen geben Energie immer nur in bestimmten Portionen (4,9 eV) ab

• Franck und Hertz hielten dies für die Ionisierungsenergie des Quecksilbers

• Im Kontext des bohrschen Atommodells wurde dieser Effekt als Bestätigung für die Existenz von Elektronenschalen verschiedener Energien angesehen

• Die Elektronen wurden nicht aus dem Atom herausgelöst, sondern auf eine Schale höherer Energie gehoben

• Die Differenz dieser Schalen entspricht der abgegebenen Energie des Elektrons (4,9 eV)


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Bohrsches Atommodell

• Niels Bohr entwickelte 1913 sein Atommodell• Die Elektronen bewegen sich auf bestimmten, stabilen

Bahnen ohne dabei Energie (Photonen, Synchrotronstrahlung) abzugeben

• Jeder erlaubten Elektronenbahn entspricht eine bestimmte Energie der Elektronen


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Bohrsches Atommodell

• Wechselt ein Elektron die Bahn, so wird Energie mit der Differenz der Energieniveaus benötigt bzw. abgegeben

• Im konkreten Versuch wird nach dem Modell ein Elektron des Atoms durch den Beschuss mit anderen Elektronen auf die nächst höhere Energieschale gehoben

• Da dies ein instabiler Zustand ist, fällt das Elektron unmittelbar wieder auf die alte Schale zurück und emittiert dabei Strahlung einer bestimmten Energie (4,9 eV)


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Weiterführende Versuche

• Bei geringem Gasdruck im Glaskolben ergibt sich ein anderer Graphenverlauf


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Weiterführende Versuche

• Bei Erreichen der entsprechenden Energie stoßen die Elektronen nicht zwingend mit einem Atom zusammen, mit dem sie wechselwirken können

• Dadurch erreichen manche Elektronen eine so hohe kinetische Energie, dass sie die Elektronen eines Atoms um zwei Energieniveaus anheben können

• Die restlichen Elektronen erreichen weiterhin den Auffänger

Franck - Hertz - Versuch Quellen

• Quellen: – http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph12/versuche/

10frankherz/franck_hertz.htm

– http://www.fkg-wuerzburg.de/schule/faecher/physik/facharb/feineis/feineis.php

– http://de.wikipedia.org/wiki/Franck-Hertz-Versuch

– http://de.wikipedia.org/wiki/Bohrsches_Atommodell

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