Вопыт Франка — Герца

Залежнасць току ад напружання. Бачны вострыя перыядычныя пікі, адпаведныя іянізацыі атамаў.

Вопыт Франка — Герца —  вопыт, які з'явіўся эксперыментальным доказам дыскрэтнасці ўнутранай энергіі атама. Пастаўлены ў 1913 Дж. Франкам і Г. Герцам.

На малюнку прыведзена схема вопыту. Да катода K і сетцы C₁ электравакуўмнай трубкі, напоўненай парамі Hg (ртуць), прыкладваецца рознасць патэнцыялаў V,  якая паскарае электроны, і здымаецца вольт-ампернай характарыстыка. Да сетцы C₂ і анода А прыкладваецца запавольваюшчая рознасць патэнцыялаў. Паскораныя ў вобласці I электроны адчуваюць сутыкнення з атамамі Hg ў галіне II. Калі энергія электронаў пасля сутыкнення дастатковая для пераадолення запавольваюшчага патэнцыялу ў галіне III, то яны патрапяць на анод. Такім чынам, паказанні гальванометра Г залежаць ад страты электронамі энергіі пры ўдары.

У вопыце назіраўся манатонны рост току I пры павелічэнні паскараючай напругі аж да 4,9 В, гэта значыць што электроны з энергіяй Е < 4,9 эВ адчувалі пругкія сутыкнення з атамамі Hg, і ўнутраная энергія атамаў не змянялася. Пры значэнні V = 4,9 В (і кратных яму значэннях 9,8, 14,7 В) з'яўляліся рэзкія спады току. Гэта пэўным чынам паказвала на тое, што пры гэтых значэннях V сутыкнення электронаў з атамамі носяць няпругкій характар (энергія электронаў дастатковая для ўзбуджэння атамаў Hg). Пры кратных 4,9 эВ значэннях энергіі электроны могуць адчуваць няпругкія сутыкнення некалькі разоў.

Такім чынам, вопыт Франка — Герца паказаў, што спектр паглынаемай атамам энергіі не непарыўны, а дыскрэты, мінімальная порцыя (квант электрамагнітнага поля), якую можа паглынуць атам Hg, роўная 4,9 эВ. Значэнне даўжыні хвалі λ = 253,7 нм святлення пароў Hg, узнікнуўшые пры V > 4,9 В, аказалася ў адпаведнасці са другім пастулатам Бора

$E_{1}-E_{0}={\frac {hc}{\lambda }}$,

дзе E₀ і E₁ — энергіі асноўнага і узбуджанга узроўняў энергіі. У вопыце Франка — Герца E₀ — E₁ = 4,9 эВ.

Артур Комптон, паўтарыўшы (1922—1923) вопыт Франка — Герца, выявіў, што пры V > 4,9 В пары Hg пачынаюць выпускаць святло з частатой

ν = ΔE/h,

дзе ΔE = 4,9 эВ (h — пастаянная Планка). Такім чынам, узбуджаныя электронным ударам атамы Hg выпускаюць Фатон з энергіяй 4,9 эВ і вяртаюцца ў асноўны стан.

У 1925 г. Густаў Герц і Джэймс Франк былі ўзнагароджаны Нобелеўскай прэміяй за адкрыццё законаў сутыкнення электрона з атамам.

Спасылкі

• Сучасны спіс Архівавана 26 верасня 2010. літаратуры па эксперыменту Франка-Герца.