Aufbau und Grundlagen des Franck-Hertz-Versuchs
Der Franck-Hertz-Versuch ist ein wegweisendes Experiment in der Quantenphysik, das 1913 von James Franck und Gustav Hertz durchgeführt wurde. Es dient zur experimentellen Bestätigung des Bohrschen Atommodells und demonstriert die Quantisierung der Energiezustände in Atomen.
Der Versuchsaufbau besteht aus einer mit Neongas gefüllten Röhre, die eine Kathode, ein Gitter und eine Anode enthält. Zwischen diesen Elektroden werden verschiedene Spannungen angelegt:
- Eine Heizspannung an der Kathode zur Emission von Elektronen
- Eine Beschleunigungsspannung UB zwischen Kathode und Gitter
- Eine Gegenspannung UG zwischen Gitter und Anode
Vocabulary: Triode - Eine Elektronenröhre mit drei Elektroden Kathode,Gitter,Anode
Die emittierten Elektronen werden durch die Beschleunigungsspannung in Richtung Gitter beschleunigt. Dabei können sie mit den Neonatomen im Gas zusammenstoßen. Bei bestimmten Energien der Elektronen kommt es zu inelastischen Stößen, bei denen die Elektronen ihre kinetische Energie an die Neonatome abgeben und diese in einen angeregten Zustand versetzen.
Highlight: Die charakteristische Anregungsenergie für Neon beträgt etwa 18,3 eV.
Dieser Energieübertrag führt zu einer Abnahme des gemessenen Anodenstroms, da die Elektronen nach dem Stoß nicht mehr genügend Energie haben, um die Gegenspannung zu überwinden. Bei weiterer Erhöhung der Beschleunigungsspannung steigt der Strom wieder an, bis der nächste inelastische Stoß möglich wird.