 |
|
Лабораторна робота №52
ВИВЧЕННЯ ЕФЕКТУ ФРАНКА І ГЕРЦА ТА ЗНАХОДЖЕННЯ ДИСКРЕТНИХ РІВНІВ ЕНЕРГІІ АТОМА КСЕНОНА
Мета роботи: дослідне підтвердження постулатів Бора.
Обладнання: звуковий генератор ГЗШ, осцилограф ОЕУ, вольтметр, електронна лампа ЗТГЗ-0,1/1,3.
Пропонована робота дає можливість пересвідчитись, що енергія атома може приймати лише перервний ряд значень 
, 
,…, 
, що визначаються його стаціонарними станами. При переході з одного стаціонарного стану 
в другий 
атом випромінює (поглинає) енергію, рівну 
, при чому 
відповідає випромінюванню, 
– поглинанню енергії, 
– частота випромінювання, 
– постійна Планка.
В дослідах Франка і Герца вивчався характер зіткнень електронів з атомами газу, в якому вони рухались. Зіткнення можуть бути або пружними, або непружними. При перших, враховуючи те, що маса електрона в тисячі разів менша маси атома, енергія електрона практично не змінюється. Змінюватиметься лише напрямок його швидкості. При непружному зіткненні електрон майже всю свою енергію віддає атому. Франк і Герц в 1913 році вперше показали, що електрони, які рухаються в парах ртуті, здійснюють непружні зіткнення з атомами ртуті лише при певних значеннях їх швидкості (кінетичної енергії). А це значить, атом ртуті може поглинати лише певні порції енергії, переходячи при цьому в інший енергетичний стан.
Схема вказаних дослідів приведена на рис. 1, де S – тріод, наповнений парами ртуті (така газонаповнена електронна лампа називається тіратрон), який через потенціометр П підключено до джерела ЕРС 
, між сіткою С та анодом А включено джерело ЕРС 
, яке створює затримуюче електричне поле для електронів катода К. Поряд на рис.2 приведена вольтамперна характеристика тріода S, провали на якій є прямим підтвердженням постулатів Бора.
Розглянемо причину їх появи.
|
| ||
| Рис.1 | Рис.2 |
При пружних зіткненнях електронів з атомами ртуті електрони переборюють затримуючу різницю потенціалів сітки, попадають на анод, і струм через нього зростає. Але при енергії електронів 4,9 еВ зіткнення стають непружними, тобто при зіткненні електрон втрачає свою енергію, передаючи її атому ртуті і, як наслідок, не змігши перебороти затримуючий потенціал сітки, попадає саме на неї, а не на анод. Анодний струм падає, на вольтамперній характеристиці появився перший провал.
Якщо енергія електрона стає більшою 4,9 еВ, то після втрати 4,9 еВ, залишок енергії дозволить електрону перебороти затримуюче поле сітки і доведе його до аноду. Анодний струм знову зросте. Та коли і залишок становитиме 4,9 еВ (тобто повна енергія електрона становить 9,8 еВ), то при повторному зіткненні з атомом ртуті він буде йому переданий. Швидкість електрона впала і він осяде на сітці. Знову падає анодний струм, що одразу фіксує вольтамперна характеристика.
Таким чином було доведено, що можливі значення енергії в атомі ртуті дійсно мають дискретний характер: енергія атома ртуті змінюється стрибками.
Опис установки.
В даній роботі встановлюється наявність дискретних енергетичних рівнів у атомів ксенону. Для візуального спостереження вольтамперної характеристики тиратрона ТГЗ – 0,1/0,3, наповненого ксеноном, використовується осцилограф. На тиратрон подається змінна напруга, яку знімають із звукового генератора ГЗШ. Блок схема установки приведена на рис.3.
Рис.3
Спад напруги на опорі 
пропорційний анодному струму. Подаючи напругу на осцилограф (вхід “У”) можемо слідкувати за її зміною. Осцилограф працює в режимі “Розгортка”: частота розгортки 2 кГц. Напруга, що подається зі звукового генератора, вимірюється вольтметром V. Змінюючи величину напруги, міняємо характер зіткнень електронів з атомами ксенону. Через це на вольтапмерній характеристиці появляються провали.
Фіксуючи напругу 
, при якій падає анодний струм, знаходимо енергію 
, яку електрон віддає атому ксенону.