Franck-Hertz Versuch

Die deutschen Physiker James Franck und Gustav Hertz führten in den Jahren 1911-1914 den nach Ihnen benannten Franck-Hertz-Versuch durch. Hierbei bestätigten Sie die Existenz von diskreten Energieniveaus. Beide erhielten dafür 1925 den Nobelpreis der Physik.

 

 

 

 

Gustav Hertz                                                                                             James Franck

 

Aufbau des Franck-Hertz Versuches

Um den Franck-Hertz-Versuch durchzuführen, brauch man folgendes. Zuerst eine evakuierte Röhre, in der sich Quecksilberatome befinden. Des weiteren eine Kathode(K) die die Elektronen in der Röhre abstößt und eine Anode(A) die diese anzieht. Außerdem brauch man noch eine regulierbare Spannungsquelle(Ub).  Des weiteren wird ein Gegenfeld (Ug) erzeugt. Dieses liegt zwischen Gitter(G) und Anode. Das Gegenfeld wird benötigt um die Elektronen ab zu bremsen. Ohne das Gegenfeld würde man keinen Unterschied der Stromstärke messen können. Zum Schluss brauch man noch ein Amperemeter um die Stromstärke zu messen.

Durchführung

Als erstes wird die Vakuumröhre mit dem darin befindenden Quecksilber erhitzt. Solange bis das Quecksilber gasförmig ist. Dann wir die Beschleunigungsspanunng langsam erhöht und die Stormstärke gemessen. Die Stormstärke I wächst zunächst bis sie bei einer bestimmten Spannung wieder sinkt. Erhöht man dann Ua wieder so steigt I erneut bis es dann wieder bei einer gewissen Beschleunigungsspannung sinkt. Diese Maxima (Höhepunkte) stellen sich immer ein wenn man U um 4,9V erhöht.

Deutung

Auf dem Weg zur Anode stoßen Elektronen mit Quecksilberatomen zusammen. Wenn die Beschleunigungsspannung niedrig ist dann sind die Zusammenstöße elastisch. Das heißt die Elektronen geben keine kinetische Energie ab. Sie erreichen deswegen die Anode. Wenn die kinetische Energie der Elektronen hoch genug ist (damit auch die Beschleunigungsspannung) so kann es zu unelastischen Stößen kommen. Die Quecksilberatome nehmen kinetische Energie der Elektronen auf. Die kinetische Energie der Elektronen reicht nun nicht mehr aus um die Anode zu erreichen. Dadurch sinkt dann die Stromstärke I. Wird danach die Beschleunigungsspannung wieder erhöht, so Vergrößert sich Ekin wieder und die Stromstärke steigt. Es treten mehrere Minima (niedrige Stromstärke) und Maxima (hohe Stromstärke) auf.

Schlussfolgerung

Nur wenn die kinetische Energie eines Elektrons mindestens der Differenz zweier atomarer Energieniveuas entspricht, kann sie durch die Quecksilberatome aufgenommen werden.