Der Franck-Hertz-Versuch (Helium), von David
Mittels glühelektrischem Effekt werden an der Kathode El. ausgelöst und von Ub in Richtung Gitter beschleunigt. Ab da bremst Ug sie ab. Ist dabei die Energie am Gitter größer als die von Ug aufgebrachte fliegt das El. Zur Anode und wird dort als Strom registriert. Diese Messaufnahme als I/A über Ub /V ist auf unserem Diagramm zu sehen. Das bei diesem Versuch verw. Gas ist Helium. Ist es ausreichend verdünnt erreichen die El. die Anode. Es finden elast. und inelast. Stöße der El. mit Atomen statt.
Messaufnahme:
Bis UbUg erfüllt ist, erreichen die El. die Anode nicht. Danach durchfliegen sie das Gas und treffen mit einer gew.
Wahrscheinlichkeit die Außenelektronen der Atome.
Die Messaufnahmen sind stark vom verw. Gas abh.
Quecksilber hat zb einen sehr glatten Graphen.
Deutung:
Die Elektronen bewegen sich während der Beschleunigung durch das Heliumgas, dabei kommen auf Wahrscheinlichkeiten beruhende Stöße zwischen diesen freien Elektronen und den
Außenelektronen der Atome zu Stande.
Ist EKinEA :elastischer Stoß: Die Elektronen wechseln bei der Kollision mit den Atomen lediglich den Kurs und werden weiter beschleunigt.
Ist EKin≥EA :unelastischer Stoße: EA wird auf das Atom transferiert. Das Elektron verliert diese Energie und folgt weiter dem Feld, während das Atom den Zustand wechselt.
Ein Maximum des Graphen nach dem 1. ist die Stelle (Spannungswert), an der die Elektronen gerade genug Energie für eine weitere Anregung haben (die nicht die gleiche sein muss), allerdings erfolgen Anregungen so gut wie ausschließlich von 0x .
Maxima deren dU zueinander gleich ist, gehören zum selben Anregungsschritt. Dessen EA beträgt eUm−Un, m=n1 .Nach jedem Maximum fällt I kurz ab, da aufgrund des
Energieverlustes weniger Elektronen an der Anode ankommen als zuvor (nämlich genau die nicht, die treffen), da sie das Gegenfeld nicht mehr überwinden können.
Tritt Ub≫Ug ein, steigt I auf ein konst. Max, außerdem wird eine Ionisation Gases möglich.
0 10 20 30 40 50 60 70 80
0 50 100 150 200 250 300
Helium
U in Volt
I in µA
Erweiterung des Versuches:
Es ist möglich die beim „Herunterfallen“ der Atome zurück in einen niedrigeren Zustand als EM- Welle freigesetzte Energie durch den Photoeffekt nachzuweisen. Hierfür wird über dem Glaskörper des Versuchsaufbaus eine Photozelle montiert. Hier lassen sich dann durch Bestimmung der Energie der Photoelektronen die verschiedenen Übergänge aus dem Franck-Hertz-Versuch nachweisen.
