Der Versuch von Franck und Hertz

Der Versuch von Franck und Hertz


Versuchsaufbau:

In einem evakuierten Glaskolben befindet sich das Edelgas Neon. An der Glühkatode werden Elektronen emittiert, die durch das elektrische Feld zwischen der Katode und der Gitterelektrode A und danach zwischen A und B beschleunigt werden. Zwischen B und C wird eine Bremsspannung U_B angelegt, welche die Elektronen welche Neon - Atome gestoßen haben von den anderen trennt. Mit Hilfe eines Messverstärkers und eines Messgeräts wird die Stomstärke zwischen B und C quantitativ gemessen. Es kommen natürlich nur die Elektronen durch, die vor B eine Energie größer der Bremsenegie haben die sie zwischen B und C erfahren. Außerdem werden die Spannungen gemessen.

Beobachtung:

Ab einer Beschleunigungsspannung von ca. 20 V zeigt sich nahe dem Gitter ein Leuchten. Mit höherer Spannung verlagert sich der leuchtende Bereich in Richtung Katode. Ab ca. 40 V entsteht am Gitter ein zweiter leuchtender Bereich der bei weiterer Erhöhung der Spannung ebenfalls in Richtung Katode wandert.

Erklärung:

Durch die Beschleunigung im Feld zwischen Katode und Gitter erhalten die Elektronen die kinetische Energie E_kin = eU_B. Bei ca. 20V ist die kinetische Energie erreicht, die zu der beobachteten ersten Leuchterscheinung führt. Die Elektronen übertragen die Energie an Neonatome, die dadurch in einen Zustand höherer Energie gelangen. Man bezeichnet diesen Vorgang als energetische Anregung.
Erhöht sich die Spannung U_B, dann verfügen die beschleunigten Elektronen am Gitter über eine höhere kinetische Energie. Die Energie zur Anregung der Neon - Atome ist dann bereits vor Ende der Beschleunigungsstrecke erreicht. Deshalb verlagert sich der Ort des Leuchtens. Da die Elektronen danach wieder von neuem im elektrischen Feld beschleunigt werden, wiederholt sich dieser Vorgang bei höherer Spannung. Die beobachtete Schichtung entsteht.

Versuchsdurchführung:

U in V
I in Skt

Versuch mit dem t - y - Schreiber:

Hier wird die Spannung nahezu linear von einem Steuergerät gesteigert, und die Stromstärke von einem t - y - Schreiber aufgenommen.

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