Aim To experimentally demonstrate t

Aim

To experimentally demonstrate the concept of quantization of energy levels according to Bohr’s model of atom.

Apparatus

A mercury-filled Franck-Hertz tube, a neon-filled Franck-Hertz tube, an oven, a control unit for power supply, and a DC current amplifier.


Sketch of Franck-Hertz Apparatus


Theory

James Franck and Gustav Hertz conducted an experiment in 1914, which demonstrated the existence of excited states in mercury atoms. It confirms the prediction of quantum theory that electrons occupy only discrete, quantized energy states. This experiment supports Bohr model of atom. For this great invention they have been awarded Nobel Prize in Physics in the year 1925.

Apparatus used for the experiment consist of a tube containing low pressure gas, fitted with three electrodes: cathode for electron emission, a mesh grid for the acceleration of electrons and a collecting plate.

With the help of thermionic emission, electrons are emitted by a heated cathode, and then accelerated toward a grid which is at a positive potential, relative to the cathode. The collecting plate is at a lower potential and is negative with respect to mesh grid. If electrons have sufficient energy on reaching the grid, some will pass through the grid, and reach collecting plate, and it will be measured as current by the ammeter. Electrons which do not have sufficient energy on reaching the grid will be slowed down, and will fall back to the grid.The experimental results confirm the existence of discrete energy levels.

As long as the electron collision is elastic, the electrons will not lose energy on colliding with gas molecules in tube. As the accelerating potential increases, the current also increases. But as the accelerating potential reaches a particular value, (4.9eV for mercury, 19eV for neon), each electron posses that much of potential and now the collision become inelastic. As a result, the energy level of electron bound to the atom is raised. Now the electron almost loses its energy, and measured current drops.


Franck-Hertz Data for Mercury

When the accelerating voltage reaches 4.9eV (lowest energy required by the mercury atom for excitation), the current drops sharply. This drop is due to inelastic collisions between the accelerated electrons and electrons in the mercury atoms. The sudden onset suggests that the mercury electrons cannot accept energy until it reaches the threshold to elevate them to an excited state. Collected current drops at multiples of 4.9eV. At 9.8 V, each electron gets sufficient energy to participate in two inelastic collisions. They excite two mercury atoms, and no energy will be left. This process will repeat, for each interval of 4.9eV.



Franck-Hertz Data for Neon

For Neon gas, the process of energy absorption from electron collisions is clearly visible. When the accelerated electrons excite the electrons in neon to upper states, they de-excite in such a way as to produce a visible glow in the gas region in which the excitation is taking place. There are about ten excited levels in the range 18.3 to 19.5 eV. They de-excite by dropping to lower states at 16.57 and 16.79 eV. This energy difference gives light in the visible range. If the accelerating voltage is high enough, they can undergo a series of reactions, by the inelastic collision between electrons and neon gas. Almost similar pattern is observed in the case of neon gas at intervals of approximately 19 eV.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

จุดมุ่งหมาย แสดงให้เห็นถึงแนวคิดของ quantization ระดับพลังงานตามแบบจำลองอะตอมของบอร์ experimentally เครื่องมือ กรอกปรอทหลอด Franck เฮิรตซ์ Franck เฮิรตซ์หลอดนีออนเติม เตาอบ หน่วยควบคุมไฟ และเป็น DC ปัจจุบันขยาย ร่างของเครื่อง Franck เฮิรตซ์ ทฤษฎี กุสตาฟเฮิรตซ์และ James Franck ดำเนินการทดลองในปี 1914 แสดงให้เห็นว่าการดำรงอยู่ของอเมริกาตื่นเต้นในอะตอมปรอท ยืนยันการทำนายของทฤษฎีควอนตัมที่อิเล็กตรอนครอบครองพลังงานไม่ต่อเนื่องเท่านั้น quantized อเมริกา การทดลองนี้สนับสนุนรูปแบบจำลองของบอร์ของอะตอม สำหรับสิ่งประดิษฐ์นี้ดี พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1925 กันเครื่องมือที่ใช้ในการทดลองประกอบด้วยท่อที่ประกอบด้วยความดันต่ำแก๊ส อาบหุงตสาม: แคโทดสำหรับมลพิษอิเล็กตรอน ตารางตาข่ายสำหรับเร่งความเร็วของอิเล็กตรอนและแผ่นเก็บรวบรวม ช่วยปล่อยก๊าซ thermionic อิเล็กตรอนออกมาจากแคโทดอุ่น และจากนั้น เร่งไปยังตารางที่เป็นไปในเชิงบวก เมื่อเทียบกับแคโทดอยู่ แผ่นสะสมศักยภาพต่ำ และเป็นลบกับเส้นตาข่าย ถ้าอิเล็กตรอนมีพลังงานเพียงพอในการเข้าถึงตาราง บางส่วนจะผ่านตาราง และการเข้าถึงแผ่นสะสม แล้วมันจะวัดเป็นปัจจุบัน โดย ammeter อิเล็กตรอนที่มีพลังงานเพียงพอในการเข้าถึงตารางจะชะลอตัวลง แล้วจะถอยกลับไปตาราง ผลการทดลองยืนยันการดำรงอยู่ของระดับพลังงานไม่ต่อเนื่อง ตราบใดที่ชนอิเล็กตรอนจะยืดหยุ่น อิเล็กตรอนจะไม่สูญเสียพลังงานในการชนกับโมเลกุลก๊าซในหลอด เป็นเพิ่มศักยภาพปัจจุบัน ปัจจุบันยังเพิ่มขึ้น แต่ เป็นค่าเฉพาะ ถึงศักยภาพปัจจุบัน (4.9 eV สำหรับพุธ 19 eV สำหรับนีออน), posses อิเล็กตรอนแต่ละที่ของศักยภาพ แล้วชนเป็น inelastic เป็นผล จะยกระดับพลังงานของอิเล็กตรอนกับอะตอม ตอนนี้อิเล็กตรอนเกือบจะสูญเสียพลังงาน และวัดปัจจุบันหยด ข้อมูล Franck เฮิรตซ์สำหรับดาวพุธ เมื่อแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันถึง 4.9eV (ต่ำสุดพลังงานต้องใช้อะตอมปรอทสำหรับในการกระตุ้น), ปัจจุบันลดลงอย่างรวดเร็ว นี้คือเนื่องจากตาม inelastic ระหว่างเร่งอิเล็กตรอนและอิเล็กตรอนในอะตอมปรอท เริ่มมีอาการฉับพลันแนะนำว่า ปรอทอิเล็กตรอนไม่สามารถรับพลังงานจนกว่าจะถึงขีดจำกัดที่จะยกระดับพันธมิตรสถานะตื่นเต้น รวบรวมหยดปัจจุบันที่ผลคูณของ 4.9 eV แต่ละอิเล็กตรอนได้รับพลังงานเพียงพอที่จะเข้าร่วมในสอง inelastic ตามที่ 9.8 V จะกระตุ้นสองอะตอมปรอท และจะปล่อยพลังงานไม่ กระบวนการนี้จะทำซ้ำ สำหรับแต่ละช่วงของ 4.9 eV ข้อมูล Franck เฮิรตซ์สำหรับนีออน สำหรับก๊าซนีออน กระบวนการดูดซึมพลังงานจากอิเล็กตรอนตามจะมองเห็นได้อย่างชัดเจน เร่งอิเล็กตรอนกระตุ้นอิเล็กตรอนในนีออนไปอเมริกาบน พวกเขายกเลิกกระตุ้นในลักษณะเป็นการเรืองแสงที่มองเห็นได้ในภูมิภาคแก๊สในการกระตุ้นที่จะมีสถานที่ผลิต มีประมาณสิบระดับตื่นเต้นในช่วงยัง 18.3-19.5 eV พวกเขายกเลิกกระตุ้น โดยวางลงอเมริกาใน 16.57 และ 16.79 eV ความแตกต่างของพลังงานนี้ให้แสงในช่วงมองเห็นได้ ถ้าแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันสูงมาก พวกเขาสามารถรับชุดของปฏิกิริยา โดยชน inelastic ระหว่างอิเล็กตรอนและแก๊สนีออน รูปแบบที่เกือบคล้ายจะสังเกตในกรณีของแก๊สนีออนที่ช่วงประมาณ 19 eV

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

มีจุดมุ่งหมายเพื่อการทดลองแสดงให้เห็นถึงแนวคิดของควอนของระดับพลังงานตามรูปแบบของ Bohr ของอะตอม. เครื่องปรอทที่เต็มไปด้วยหลอดฟเฮิร์ตซ์, นีออนที่เต็มไปด้วยหลอดฟเฮิร์ตซ์, เตาอบ, ชุดควบคุมสำหรับแหล่งจ่ายไฟและซี เครื่องขยายเสียงในปัจจุบัน. ร่างของฟเฮิร์ตซ์เครื่องทฤษฎีเจมส์ฟเฮิร์ตซ์กุสตาฟและดำเนินการทดลองในปี1914 ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการดำรงอยู่ของรัฐตื่นเต้นในอะตอมปรอท มันยืนยันคำทำนายของทฤษฎีควอนตัมที่อิเล็กตรอนครอบครองต่อเนื่องเพียงรัฐพลังงานไท การทดลองนี้สนับสนุนรูปแบบ Bohr ของอะตอม สำหรับวันนี้สิ่งประดิษฐ์ที่ดีที่พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลในสาขาฟิสิกส์ในปี 1925 เครื่องมือที่ใช้ในการทดลองประกอบด้วยท่อก๊าซที่มีความดันต่ำพอดีกับสามขั้ว: แคโทดสำหรับการปล่อยอิเล็กตรอนตารางตาข่ายสำหรับการเร่งความเร็วของอิเล็กตรอนและ แผ่นเก็บ. ด้วยความช่วยเหลือของการปล่อยก๊าซ thermionic อิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมาจากแคโทดอุ่นแล้วเร่งต่อตารางซึ่งเป็นที่ที่มีศักยภาพในเชิงบวกเมื่อเทียบกับขั้วลบ แผ่นเก็บอยู่ที่มีศักยภาพต่ำกว่าและมีค่าเป็นลบที่เกี่ยวกับตาข่ายตาราง หากอิเล็กตรอนมีพลังงานเพียงพอในการเข้าถึงตารางบางส่วนจะผ่านตารางและการเข้าถึงแผ่นการจัดเก็บภาษีและมันจะเป็นวัดในปัจจุบันโดยแอมป์มิเตอร์ อิเล็กตรอนซึ่งไม่ได้มีพลังงานที่เพียงพอในการเข้าถึงตารางที่จะชะลอตัวลงและจะถอยกลับไปผลการทดลอง grid.The ยืนยันการมีอยู่ของระดับพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง. ตราบใดที่การปะทะกันของอิเล็กตรอนเป็นยืดหยุ่นอิเล็กตรอนจะไม่สูญเสียพลังงาน ในการชนกับโมเลกุลของแก๊สในหลอด ขณะที่การเพิ่มศักยภาพการเร่งในปัจจุบันนอกจากนี้ยังเพิ่ม แต่ในขณะที่ศักยภาพการเร่งถึงค่าโดยเฉพาะอย่างยิ่ง (4.9eV สำหรับปรอท 19eV สำหรับนีออน) แต่ละ posses อิเล็กตรอนที่มากของที่มีศักยภาพและขณะนี้การปะทะกันกลายเป็นไม่ยืดหยุ่น เป็นผลให้ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนอะตอมผูกพันที่จะถูกยกขึ้น ตอนนี้เกือบจะสูญเสียอิเล็กตรอนพลังงานและวัดหยดปัจจุบัน. ฟเฮิร์ตซ์ข้อมูลสำหรับเมอร์เมื่อแรงดันเร่งถึง 4.9eV (พลังงานต่ำสุดที่จำเป็นโดยอะตอมปรอทสำหรับการกระตุ้น) ลดลงอย่างรวดเร็วในปัจจุบัน ลดลงนี้เกิดจากการชนกันระหว่างอิเล็กตรอนยืดหยุ่นและเร่งอิเล็กตรอนในอะตอมปรอท การโจมตีอย่างฉับพลันแสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนปรอทไม่สามารถยอมรับพลังงานจนกว่าจะถึงเกณฑ์ที่จะยกระดับพวกเขาที่จะเป็นรัฐตื่นเต้น รวบรวมหยดปัจจุบันที่หลาย 4.9eV ที่ 9.8 V อิเล็กตรอนแต่ละคนได้รับพลังงานเพียงพอที่จะมีส่วนร่วมในสองชนไม่ยืดหยุ่น พวกเขาตื่นเต้นอะตอมปรอทสองและพลังงานจะไม่มีเหลือ กระบวนการนี้จะทำซ้ำสำหรับช่วงเวลาของแต่ละ 4.9eV. ฟเฮิร์ตซ์ข้อมูลสำหรับนีออนสำหรับก๊าซนีออนกระบวนการของการดูดซับพลังงานจากการชนกันของอิเล็กตรอนจะมองเห็นได้อย่างชัดเจน เมื่ออิเล็กตรอนเร่งกระตุ้นอิเล็กตรอนในรัฐนีออนบนพวกเขา de-ตื่นเต้นในลักษณะที่จะก่อให้เกิดการเรืองแสงที่มองเห็นได้ในภูมิภาคก๊าซซึ่งในการกระตุ้นที่เกิดขึ้น มีประมาณสิบระดับความตื่นเต้นในช่วง 18.3-19.5 eV พวกเขา de-ตื่นเต้นโดยวางไปยังรัฐต่ำกว่าที่ 16.57 และ 16.79 eV ความแตกต่างนี้จะช่วยให้พลังงานแสงในช่วงที่มองเห็นได้ ถ้าแรงดันเร่งสูงพอที่พวกเขาจะได้รับชุดของปฏิกิริยาโดยการปะทะกันระหว่างอิเล็กตรอนยืดหยุ่นและก๊าซนีออน เกือบรูปแบบคล้ายกันเป็นที่สังเกตในกรณีของก๊าซนีออนในช่วงเวลาประมาณ 19 eV

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

เพื่อจุดมุ่งหมายเพื่อแสดงให้เห็นถึงแนวคิดของ quantization ของระดับพลังงานตามแบบจำลองของโบร์อะตอม

-

ปรอทเต็มเป็นเฮิรตซ์หลอดนีออนเป็นเฮิรตซ์เต็มหลอด , เตาอบ , ชุดควบคุมไฟและ DC ปัจจุบันแอมป์


ร่างของ Franck เฮิรตซ์เครื่องมือ




เจมส์ ฟรังก์ และ ทฤษฎีกุสตาฟเฮิรตซ์ทำการทดลองในปี 1914 ,ซึ่งแสดงให้เห็นถึงการดำรงอยู่ของตื่นเต้นสหรัฐอเมริกาในอะตอมปรอท มันยืนยันคำทำนายของทฤษฎีควอนตัมที่อิเล็กตรอนครอบครองเพียงไม่ต่อเนื่องที่แน่นอนรัฐพลังงาน การทดลองนี้สนับสนุนแบบจำลองของบอร์ของอะตอม สำหรับสิ่งประดิษฐ์ที่ดีพวกเขาได้รับรางวัลโนเบลในสาขาฟิสิกส์ ในปี ค.ศ. 1925 .

อุปกรณ์ที่ใช้ในการทดลองประกอบด้วยหลอดบรรจุก๊าซความดันต่ำ ,ติดตั้งกับสามขั้วแคโทดอิเล็กตรอน : สำหรับการปล่อยตาข่ายกริดสำหรับความเร่งของอิเล็กตรอน และเก็บจาน

ด้วยความช่วยเหลือของเทอร์มิออนิกการปล่อยอิเล็กตรอนออกมาจากแคโทดร้อนแล้วเร่งต่อ ตาราง ซึ่งเป็นศักยภาพเชิงบวก เมื่อเทียบกับขั้วลบ เก็บจานอยู่ที่ศักยภาพต่ำ และมีค่าเป็นลบ ด้วยความเคารพ ตาข่าย ตะแกรงถ้าอิเล็กตรอนจะมีพลังงานเพียงพอในการเข้าถึงตารางบางส่วนจะผ่านตารางและเก็บจานไป และมันก็จะวัดได้เป็นปัจจุบัน โดยแอมป์มิเตอร์ . อิเล็กตรอนซึ่งไม่มีพลังงานเพียงพอในการเข้าถึงตารางจะชะลอตัวลง และจะตกกลับไปที่ตาราง ผลการทดลองยืนยันการดำรงอยู่ของระดับพลังงาน

ไม่ต่อเนื่องตราบใดที่อิเล็กตรอนชนยืดหยุ่น อิเล็กตรอนจะไม่สูญเสียพลังงานในการชนกับโมเลกุลของก๊าซในหลอด . เป็นตัวเร่งที่มีศักยภาพเพิ่มขึ้น ปัจจุบันยังเพิ่มขึ้น แต่เป็นเร่งศักยภาพถึงเฉพาะค่า ( 4.9ev สำหรับปรอท 19ev สำหรับนีออน ) แต่ละอิเล็กตรอน posses มากศักยภาพและตอนนี้การปะทะกันกลายเป็นยืดหยุ่น ผลระดับพลังงานของอิเล็กตรอนถูกผูกไว้กับอะตอมขึ้นมา ตอนนี้เกือบจะสูญเสียพลังงานของอิเล็กตรอนและวัดลดลงในปัจจุบัน


เป็นเฮิรตซ์ข้อมูลปรอท

เมื่อเร่งแรงดันถึง 4.9ev ( ค่าพลังงานที่ต้องใช้ โดยอะตอมปรอทเพื่อความตื่นเต้น ) หยดในปัจจุบันอย่างรวดเร็วลดลงนี้เนื่องจากการชนแบบไม่ยืดหยุ่นระหว่างการเร่งอิเล็กตรอนและอิเล็กตรอนในอะตอมของปรอท . การโจมตีอย่างฉับพลันชี้ให้เห็นว่าปรอทอิเล็กตรอนไม่สามารถรับพลังงานจนกว่าจะถึงธรณีประตูเพื่อยกระดับให้รัฐตื่นเต้น รวบรวมหยดในปัจจุบันที่หลาย ๆ 4.9ev . ที่ 9.8 V แต่ละอิเล็กตรอนได้รับพลังงานเพียงพอที่จะมีส่วนร่วมใน สอง ซึ่งการชนกันพวกเขาตื่นเต้นปรอท 2 อะตอม และไม่มีกำลังจะจากไป กระบวนการนี้จะทำซ้ำสำหรับแต่ละช่วง 4.9ev .



เป็นเฮิรตซ์ข้อมูล

สำหรับก๊าซนีออนนีออน , กระบวนการของการดูดซับพลังงานจากการชนอิเล็กตรอนสามารถมองเห็นได้อย่างชัดเจน . เมื่อเร่งอิเล็กตรอนกระตุ้นอิเล็กตรอนในนีออนบนสหรัฐอเมริกาพวกเขา de ปลุกระดมในลักษณะเช่นการสร้างเรืองแสงมองเห็นได้ในก๊าซภูมิภาคซึ่งไทเทเนียมเป็นสถานที่ถ่าย มีประมาณสิบตื่นเต้นระดับในช่วง 1 ถึง 19.5 EV พวกเขา เดอ กระตุ้นโดยวางให้ต่ำกว่าและรัฐ 16.57 16.79 EV ความแตกต่างของพลังงานนี้จะช่วยให้แสงในช่วงที่มองเห็นได้ ถ้าเร่งแรงดันสูงพอ พวกเขาสามารถได้รับชุดของปฏิกิริยาโดยการชนแบบไม่ยืดหยุ่นระหว่างอิเล็กตรอนและนีออน ก๊าซ รูปแบบคล้ายกับว่าในกรณีของก๊าซนีออน ในช่วงเวลาประมาณ 19 EV .