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Franck-Hertz-Versuch einfach erklärt: Durchführung, Diagramm, Formel & mehr

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Turay Simsek

25.10.2021

Physik

Frank Herzt Versuch

Franck-Hertz-Versuch einfach erklärt: Durchführung, Diagramm, Formel & mehr

Der Franck-Hertz-Versuch ist ein grundlegendes Experiment der Quantenphysik, das die diskrete Natur der Energiezustände in Atomen demonstriert. Es zeigt, wie Elektronen Energie in quantisierten Mengen an Atome übertragen.

  • Der Versuch verwendet eine Elektronenröhre mit Quecksilberdampf
  • Elektronen werden beschleunigt und stoßen mit Quecksilberatomen zusammen
  • Bei bestimmten Spannungen treten charakteristische Minima im Strom auf
  • Diese Minima entsprechen den Anregungsenergien der Quecksilberatome
  • Der Versuch bestätigte Bohrs Atommodell mit diskreten Energieniveaus
...

25.10.2021

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Versuchsaufbau:
glühkeathinde
www.
Franck-Hertz Versuch
164₂=49v
M₂U₂=9,8V
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Diagramm und Erläuterung

Das Franck-Hertz-Versuch Diagramm zeigt den Zusammenhang zwischen Beschleunigungsspannung und Stromstärke:

  • Die Stromstärke steigt zunächst mit der Spannung an
  • Bei 4,9 V und Vielfachen davon bricht die Stromstärke ein
  • Zwischen den Einbrüchen steigt die Stromstärke wieder an

Highlight: Die periodischen Einbrüche bei Vielfachen von 4,9 V beweisen, dass sich Elektronen auf diskreten Bahnen bewegen und Atome nur bestimmte Energieniveaus annehmen können.

Vocabulary: Diskrete Energieniveaus bedeuten, dass Atome nur ganz bestimmte, quantisierte Energiezustände einnehmen können.

Die Durchführung des Franck-Hertz-Versuchs demonstriert somit anschaulich die Quantisierung der Atomzustände und bestätigt das Bohrsche Atommodell.

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Berechnungen und weiterführende Betrachtungen

Für die Franck-Hertz-Versuch Formel zur Berechnung der Elektronengeschwindigkeit gilt:

1/2 · m · v² = E_kin

Mit dieser Formel lässt sich die minimale Geschwindigkeit berechnen, die ein Elektron benötigt, um ein Quecksilberatom anzuregen:

v = √24,9eV1,60221019J/eV2 · 4,9 eV · 1,6022 · 10^-19 J/eV / 9,111031kg9,11 · 10^-31 kg ≈ 1,31 · 10^6 m/s

Example: Ein Elektron muss also mindestens eine Geschwindigkeit von etwa 1,31 Millionen Meter pro Sekunde erreichen, um ein Quecksilberatom anzuregen.

Die Wellenlänge der emittierten Strahlung lässt sich mit der Formel E = h · c / λ berechnen:

λ = 6,6261034Js3108m/s6,626 · 10^-34 Js · 3 · 10^8 m/s / 4,9eV1,60221019J/eV4,9 eV · 1,6022 · 10^-19 J/eV ≈ 253 nm

Highlight: Die emittierte Strahlung liegt mit einer Wellenlänge von etwa 253 nm im ultravioletten Bereich.

Abschließend werden die Unterschiede zwischen der Anregung durch Elektronen und Photonen betrachtet:

  1. Elektronen können ihre gesamte kinetische Energie übertragen, während Photonen nur absorbiert werden, wenn ihre Energie exakt der Anregungsenergie entspricht.
  2. Die kinetische Energie der Elektronen muss mindestens der Anregungsenergie entsprechen, kann aber auch größer sein.

Definition: Die Anregung von Wasserstoff und anderen Atomen folgt ähnlichen Prinzipien, wobei die spezifischen Anregungsenergien je nach Element variieren.

Der Franck-Hertz-Versuch bleibt ein fundamentales Experiment in der Atomphysik und wird oft in Atomphysik Übungen und im Abitur behandelt, wie das Beispiel aus dem bayerischen Abitur 2011 zeigt.

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Physik

564

25. Okt. 2021

3 Seiten

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Turay Simsek

@turay64

Der Franck-Hertz-Versuch ist ein grundlegendes Experiment der Quantenphysik, das die diskrete Natur der Energiezustände in Atomen demonstriert. Es zeigt, wie Elektronen Energie in quantisierten Mengen an Atome übertragen.

  • Der Versuch verwendet eine Elektronenröhre mit Quecksilberdampf
  • Elektronen werden beschleunigt und stoßen... Mehr anzeigen

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Diagramm und Erläuterung

Das Franck-Hertz-Versuch Diagramm zeigt den Zusammenhang zwischen Beschleunigungsspannung und Stromstärke:

  • Die Stromstärke steigt zunächst mit der Spannung an
  • Bei 4,9 V und Vielfachen davon bricht die Stromstärke ein
  • Zwischen den Einbrüchen steigt die Stromstärke wieder an

Highlight: Die periodischen Einbrüche bei Vielfachen von 4,9 V beweisen, dass sich Elektronen auf diskreten Bahnen bewegen und Atome nur bestimmte Energieniveaus annehmen können.

Vocabulary: Diskrete Energieniveaus bedeuten, dass Atome nur ganz bestimmte, quantisierte Energiezustände einnehmen können.

Die Durchführung des Franck-Hertz-Versuchs demonstriert somit anschaulich die Quantisierung der Atomzustände und bestätigt das Bohrsche Atommodell.

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Berechnungen und weiterführende Betrachtungen

Für die Franck-Hertz-Versuch Formel zur Berechnung der Elektronengeschwindigkeit gilt:

1/2 · m · v² = E_kin

Mit dieser Formel lässt sich die minimale Geschwindigkeit berechnen, die ein Elektron benötigt, um ein Quecksilberatom anzuregen:

v = √24,9eV1,60221019J/eV2 · 4,9 eV · 1,6022 · 10^-19 J/eV / 9,111031kg9,11 · 10^-31 kg ≈ 1,31 · 10^6 m/s

Example: Ein Elektron muss also mindestens eine Geschwindigkeit von etwa 1,31 Millionen Meter pro Sekunde erreichen, um ein Quecksilberatom anzuregen.

Die Wellenlänge der emittierten Strahlung lässt sich mit der Formel E = h · c / λ berechnen:

λ = 6,6261034Js3108m/s6,626 · 10^-34 Js · 3 · 10^8 m/s / 4,9eV1,60221019J/eV4,9 eV · 1,6022 · 10^-19 J/eV ≈ 253 nm

Highlight: Die emittierte Strahlung liegt mit einer Wellenlänge von etwa 253 nm im ultravioletten Bereich.

Abschließend werden die Unterschiede zwischen der Anregung durch Elektronen und Photonen betrachtet:

  1. Elektronen können ihre gesamte kinetische Energie übertragen, während Photonen nur absorbiert werden, wenn ihre Energie exakt der Anregungsenergie entspricht.
  2. Die kinetische Energie der Elektronen muss mindestens der Anregungsenergie entsprechen, kann aber auch größer sein.

Definition: Die Anregung von Wasserstoff und anderen Atomen folgt ähnlichen Prinzipien, wobei die spezifischen Anregungsenergien je nach Element variieren.

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Versuchsaufbau und Beobachtungen

Der Franck-Hertz-Versuch besteht aus einer Elektronenröhre mit einer Glühkathode, einem Gitter und einer Anode. Die Röhre ist mit Quecksilberdampf gefüllt.

Bei Erhöhung der Beschleunigungsspannung werden folgende Beobachtungen gemacht:

  • Bei 4,9 V erscheint ein leuchtender Streifen kurz vor dem Gitter
  • Bei Vielfachen von 4,9 V treten weitere leuchtende Streifen auf, näher an der Kathode
  • Die Stromstärke steigt zunächst an und bricht bei 4,9 V und Vielfachen davon ein

Highlight: Die charakteristischen Spannungen von 4,9 V entsprechen der Anregungsenergie der Quecksilberatome.

Definition: Ein elastischer Stoß findet statt, wenn die Elektronen weniger als 4,9 eV Energie haben. Bei einem unelastischen Stoß übertragen Elektronen mit 4,9 eV ihre Energie auf die Quecksilberatome.

Example: Wenn ein Elektron 4,9 eV Energie auf ein Quecksilberatom überträgt, wird ein Elektron des Atoms auf ein höheres Energieniveau gehoben. Beim Zurückfallen wird ein Photon emittiert, was den leuchtenden Streifen erzeugt.

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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

iOS user

Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

Anna

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Jana V

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Lena M

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Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

iOS user

Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

Android user

Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

Android user

Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

Android user

Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

iOS user

Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

Android user

Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

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Greenlight Bonnie

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Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

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