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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?

3 380 nm Violett 7, Hz 780 nm rot 3, Hz Technische Schwingkreise Molekül- schwingungen Valenz Elektronen Innere Orbitale Frequenzbereiche der Oszillatoren: IR, Sichtbares Licht, Ultraviolett Kern- reaktio nen

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

5 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

6 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

7 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

8 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

9 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

10 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

11 Zwei inelastische Stöße mit Hg-Atomen nA 0 V 9 1,5 V Gegen- spannung Regelbare Gitter- spannung 13 eV genügen für zwei inelastische Stöße, aber die Gegenelektrode wird nicht mehr erreicht 3 V 13 V

12 Messkurve im Frank-Hertz-Versuch Quelle: Versuchsanleitung zum Physikalischen Praktikum Mit zunehmender Beschleunigungs- spannung U [V] variiert der Strom I [nA] zur Auffängerelektrode: Nach jeder neuen Anregung fällt er wieder ab

13 Einheit 1eV Energie- erhaltung, mit 1nm Wellenlänge λ in nm, U in Volt Umrechnung der Wellenlänge zu Energie in eV Bei Beschleunigungsspannung 6,5 V wird Strahlung mit λ = 190 nm emittiert (liegt im UV Bereich des Spektrums)

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

15 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 von einer s- Schale mit n=6 auf eine benachbarte Schale

16 Anregung des Hg Atoms durch Elektronen-Stoß mit 6,5 eV nm Anregung6s6p ca s6s6p 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 (entsteht bei 170°C) 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 e1, CElementarladung h6, Js Plancks Wirkungsquantum meme 9, kgMasse des Elektrons c3· m/sLichtgeschwindigkeit Konstanten, Link zum Periodensystem: Link zu Tabellen der Chemie:


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