Eksperyment Francka-Hertza

Eksperyment Francka-Hertza – eksperyment fizyczny, którego autorami była para niemieckich naukowców – James Franck oraz Gustav Ludwig Hertz. Doświadczenie nagrodzono w 1925 roku Nagrodą Nobla za odkrycie praw rządzących zderzeniem elektronu z atomem. Eksperyment ten potwierdził istnienie dyskretnych stanów stacjonarnych postulowanych w modelu atomu Bohra.

Ogólny opis doświadczenia

Zależność prądu anodowego od napięcia przyspieszającego

Elektrony emitowane z żarzonej katody przyspieszane są regulowanym napięciem elektrycznym (0÷30 V) pomiędzy dwiema równoległymi siatkami (wszystko w podgrzewanej podciśnieniowej bańce szklanej wypełnionej parami rtęci o temperaturze około 180÷210 °C). Za płaszczyzną drugiej siatki podłącza się napięcie hamujące (około 1÷2 V pomiędzy siatką a anodą) tak, że istnieje minimalna energia, którą elektron musi posiadać, by pokonać uzyskaną w ten sposób barierę potencjału.

Termicznie uwalniane elektrony z powierzchni katody trafiają w obszar pola elektrycznego, pod wpływem którego nabierają prędkości. W okolicach 4,9 eV elektrony zaczynają być silnie de facto pochłaniane przez atomy rtęci, które emitują w zamian powolny elektron o przeciwnym niż poprzedni spinie. Wyemitowany elektron nabiera przyspieszenia i tak dalej, aż nie dotrze do siatki poza którą występuje potencjał o przeciwnym zwrocie (hamujący). Jeżeli jednak elektrony pomimo napięcia hamującego dotrą w okolice anody zostają wessane przez nią i mogą zostać zmierzone w postaci prądu anodowego. Uzyskuje się "zębiasty" przebieg prądu pochodzącego od elektronów zebranych z anody w zależności od wartości napięcia przyspieszającego. Przy napięciu przyspieszającym równym wielokrotności 4,9 V wartości prądu anodowego osiąga w funkcji napięcia lokalne maksima, co dowodzi postulatu o kwantowaniu poziomów energetycznych. Przy osiąganiu lokalnego maksimum zachodzi większe prawdopodobieństwo niesprężystych zderzeń, gdyż energia kinetyczna elektronu z większym prawdopodobieństwem może zostać zamieniona na energię przejścia optycznego. Napięcie (4,9 V) wzbudzenia atomów rtęci odpowiada przejściom ze stanu singletowego do trypletowego. Zgodnie z zachowaniem spinu musi dojść do wymiany elektronu o takim samym spinie jak wypadkowy spin atomu. Przejście to jest metastabilne, gdyż bez ponownej wymiany elektronu na z przeciwnym spinem, stan staje się stanem trypletowym o najniższej energii.

Mechanika kwantowa Wprowadzenie Aparat matematyczny Równanie Schrödingera Tło Mechanika klasyczna Mechanika kwantowa Ciało doskonale czarne Wczesna teoria kwantowa Interferencja Notacja Diraca Hamiltonian (c) Voyajer z angielskojęzycznej Wikipedii, CC-BY-SA-3.0 ${\displaystyle \Delta x\,\Delta p\geq {\frac {\hbar }{2}}}$ Koncepcje podstawowe Funkcja falowa Stan kwantowy Stan podstawowy Stan stacjonarny Równanie własne Cząstka w pudle potencjału Cząstki identyczne Kwantowy oscylator harmoniczny Spin Superpozycja Liczby kwantowe Splątanie kwantowe Pomiar Nieoznaczoność Reguła Pauliego Dualizm korpuskularno-falowy Dekoherencja kwantowa Twierdzenie Ehrenfesta Tunelowanie Doświadczenia Doświadczenie Younga Doświadczenie Davissona i Germera Doświadczenie Francka-Hertza Doświadczenie Sterna-Gerlacha Eksperymenty testujące twierdzenie Bella Doświadczenie Poppera Kot Schrödingera Problem testowania bomb Elitzura-Vaidmana Gumka kwantowa Sformułowania Obraz Schrödingera Obraz Heisenberga Obraz Diraca Mechanika macierzowa Suma po historiach Równania Równanie Schrödingera Równanie Pauliego Równanie Kleina-Gordona Równanie Diraca Wzór Rydberga Interpretacje de Broglie'a-Bohma Świadomość wywołuje kolaps Spójne historie kwantowe Kopenhaska Statystyczna Zmiennych ukrytych Wielu światów Logika kwantowa Obiektywnego zalamania Prawdopodobieństwo kwantowe Relacyjna Stochastyczna Transakcjonalna Zagadnienia zaawansowane Informatyka kwantowa Teoria rozpraszania Kwantowa teoria pola Operatory kreacji i anihilacji Chaos kwantowy Znani uczeni Planck Bohr Sommerfeld Bose Kramers Heisenberg Born Jordan Pauli Dirac de Broglie Schrödinger von Neumann Wigner Feynman Candlin Bohm Everett Bell Wien