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

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)

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

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

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

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

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

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

Auswertung

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)

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

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)

Weiterführende Versuche Bei geringem Gasdruck im Glaskolben ergibt sich ein anderer Graphenverlauf

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

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