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Der Frank Hertz Versuch und Röntgen-Emission Nachweis der Energieaufnahme in diskreten Schritten.

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Präsentation zum Thema: "Der Frank Hertz Versuch und Röntgen-Emission Nachweis der Energieaufnahme in diskreten Schritten."—  Präsentation transkript:

1 Der Frank Hertz Versuch und Röntgen-Emission Nachweis der Energieaufnahme in diskreten Schritten

2 Inhalt Der Frank-Hertz Versuch: Anregung der Atome in diskreten Energie-Schritten –Aufbau –Versuch Quecksilber-Dampf oder Metall?

3 Aufbau der Frank-Hertz Röhre nA 0 V 9 1,5 V Gegen- spannung Regelbare Gitter- spannung

4 Kathode, Anoden-Gitter und Beschleunigungs-Spannung nA 0 V 9 1,5 V Gegen- spannung Regelbare Gitter- spannung Die Gitterspannung beschleunigt die von der Glühkathode emittierten Elektronen

5 Auffänger-Elektrode nA 0 V 9 1,5 V Gegen- spannung Regelbare Gitter- spannung Die Elektronen fliegen durch das Gitter und treffen auf die Auffänger- Elektrode

6 Auffänger-Elektrode und Gegenspannung nA 0 V 9 1,5 V Gegen- spannung Regelbare Gitter- spannung Eine Gegenspannung von 1,5 V bremst die Elektronen vor der Auffänger- Elektrode 3 V

7 Elastischer Stoß mit Hg-Atomen nA 0 V 9 1,5 V Gegen- spannung Regelbare Gitter- spannung Alle Stöße der Elektronen mit Hg Atomen sind elastisch – es geht keine Energie verloren 3 V

8 Inelastischer Stoß mit Hg-Atomen nA 0 V 9 1,5 V Gegen- spannung Regelbare Gitter- spannung Hg Atome werden bei 6,5 eV angeregt: Inelastische Stöße, den Elektronen geht Energie verloren 3 V 6,5 V

9 Ein inelastischer Stoß mit Hg-Atomen nA 0 V 9 1,5 V Gegen- spannung Regelbare Gitter- spannung Trotz inelastischer Stöße liegt die 10 eV Energie der Elektronen über der Gegenspannung 3 V 10 V

10 Zwei inelastische Stöße mit Hg-Atomen nA 0 V 9 1,5 V Gegen- spannung Regelbare Gitter- spannung Die Energie 13 eV genügt für zwei inelastische Stöße 3 V 13 V

11 Messkurve im Frank-Hertz-Versuch Aus der Versuchsanleitung zum Physikalischen Praktikum

12 Einheit 1eV Energie- erhaltung, mit 1nm Wellenlänge λ in nm, U in Volt Umrechnung der Wellenlänge zu Energie in eV Bei Anregung mit 6,5 eV wird Strahlung mit λ = 190 nm emittiert

13 Zum Aufbau von Hg: Das Periodensystem der Elemente Link zum Periodensystem:

14 Aufbau des Hg Atoms Electron configuration: [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 Die im Atom auf den Schalen dicht gepackten Elektronen bilden ein System gekoppelter Oszillatoren: es bilden sich Eigenschwingungen mit charakteristischen Symmetrie- Eigenschaften, den Orbital-Formen Wie beim Doppelpendel unterscheiden sich die Eigenschwingungen des Systems nur wenig voneinander – –Folge: Die kleine Anregungsenergie auf einer Schale mit n=6

15 Haupt- quantenzahl Drehimpuls- oder Nebenquantenzahl Orientie- rungs- Quanten- zahl Max. Zahl der Zustände Form der Orbitale NSchale Schale, Orbital Typ Spin 1K0s0 2 2L 0s0 2 1p Beispiel: Orbitale im Stickstoff ( El. Config. [He] 2s 2 2p 3 ) Neon ( El. Conf.: [He] 2s 2 2p 6 ) In der Valenzschale (n=2, L-Schale) von Stickstoff ist das Niveau m=1 unbesetzt, m=0 enthält nur ein Elektron

16 Anregung des Hg Atoms durch Elektronen-Stoß mit 6,5 eV nm Anregung12 ca s12 Emissionλ=191 nm E1E1 E 2 = E 1 + 6,5 eV Für das schwere Quecksilber mit Z=80 ist das Bohr Modell unzureichend, weil die Kopplung der Elektronen untereinander zu neuen Energie-Zuständen führt. Das Bild zeigt qualitativ die Anregung auf der äußersten Schale

17 Verbreiterung der Emissionslinien von Hg-Gas durch Kopplung der Atome bei Druck-Erhöhung Kopplung durch Druck erzeugt neben den Linie der freien Atome neue Zustände mit benachbarten Frequenzen Zu wenig Stoß- Anregung bei zu niederem Druck atm0,5 atm 1 atm 10 atm50 atm 200 atm Linienverbreiterung durch starke Kopplung zwischen den Elektronen während des Übergangs Quelle:

18 Zusammenfassung Der Frank-Hertz Versuch zeigt die Anregung der Atome in diskreten Energie- Schritten Quecksilber-Dampf ist erforderlich, um auf der äußersten Schale einen Übergang mit definierter Energie zu beobachten –Bei dichter Packung verbreitern sich die Energie-Niveaus bis zum Kontinuum im Metall

19 Formel- zeichen WertSI EinheitAnmerkung e 1, CElementarladung 6, Js Plancksches Wirkungsquantum meme 9, kg Masse des Elektrons R H ·c 3,29· Hz Rydberg- Konstante Konstanten, Link zum Periodensystem: Link zu Tabellen der Chemie:


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