Photoeffekt und Lichtquanten
Franck Hertz Versuch
Der Franck Hertz Versuch ist die experimentelle Bestätigung der quantenhaften Anregung von Atomen (Quecksilber, Hg). Nur Elektronen mit einer Mindestenergie von 2eV (beim Passieren des Gitters) fließen über den hochempfindlichen Strommesser ab.
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In einer Glasröhre befinden sich drei Elektroden: Die Kathode, die gitterförmige Zwischenelektrode (Bremsgitter) und die Anode. Durch heizen der Kathode treten dort Elektronen aus. Sie werden in einem elektrischen Feld von der Kathode zum Bremsgitter beschleunigt. Die Feldstärke lässt sich durch die Beschleunigungsspannung Ube verändern. Elektronen, die durch das Bremsgitter hindurchgelangen, werden von einem elektrischen Gegenfeld zwischen dem Gitter und der Anode abgebremst. Die Elektronen können bei ausreichend großer kinetischer Energie die Auffangelektrode erreichen. Erst dann wird ein Strom der Stärke I gemessen. In der Röhre befindet sich außerdem ein Tropfen Quecksilber. Wird die Röhre erhitzt, so verdampft das Quecksilber. Auf ihrem Weg von der Kathode zur Anode kann es nun zwischen den Elektronen und den Quecksilberatomen zu Wechselwirkungen kommen. |
Die Minima:
Auf ihrem Weg von der Kathode zum Gitter stoßen die Elektronen immer wieder mit HG-Atomen zusammen. Ist die Beschleunigungsspannung Ube unter 4,9V, so ist auch die Energie der Elektronen beim Stoß kleiner als 4,9eV. Bei den daher elastischen Stößen geben die leichten Elektronen nur wenig Energie an die schweren Hg-Atome ab. Soweit sie durch das Gitter hindurchtreten, gelangen sie trotz der Gegenspannung an den Auffänger (Anode). Übersteigt die Beschleunigungsspannung den Wert 4,9V, so verlaufen die Zusammenstöße in einer Zone kurz vor dem Gitter inelastisch: Die Elektronen vermögen hier die Hg-Atome anzuregen und geben dabei 4,9eV an sie ab. Sie können dann die Gegenspannung Ubr nicht mehr überwinden. Der Auffängerstrom I wird minimal.
Mit zunehmender Spannung rückt die Zone der elastischen Zusammenstöße auf die Kathode zu. Die Elektronen werden anschließend wieder so stark beschleunigt, dass sie zum Auffänger gelangen können. Der Strom steigt wieder. Dies erfolgt jeweils nach weiteren 4,9V Um vom Grundzustand in den niedrigsten angeregten Zustand überzugehen, benötigen Hg-Atome stets die selbe Energie von 4,9eV.
Die angeregten Hg-Atome gehen sofort wieder in den Grundzustand und geben dabei Energie von 4,9eV in Form von Strahlung wieder ab.
Berechnung der Wellenlänge des entstehenden Lichts
