Doświadczenie Francka-Hertza

Zadanie jest powtórzeniem historycznego doświadczenia Francka-Hertza w którym wykorzystuje się trójelektrodową lampę elektronową wypełnioną parami rtęci. Badania polegają na pomiarach przebiegu natężenia prądu anodowego w funkcji napięcia przyspieszającego elektrony w obszarze między katodą i siatką przy ustalonym napięciu hamującym w obszarze między siatką i anodą. Poza walorami historycznymi i znaczeniem dla rozwoju mechaniki kwantowej zadanie uświadamia rolę zderzeń (w tym przypadku elektron – atom) w badaniach atomów i innych obiektów mikroświata. Stanowi ono ponadto dobrą okazję do powtórzenia wiedzy dotyczącej budowy atomu oraz zagadnień związanych ze zderzeniami.

Schemat układu pomiarowego i szczegóły techniczne pomiaru zawarte są w załączonej do zadania instrukcji fabrycznej (w języku angielskim).

Wykaz zagadnień teoretycznych objętych kolokwium

1. Atom.
2. Modele atomu:
   • Thomsona,
   • Bohra,
   • Sommerfelda.
3. Współczesny model atomu jednoelektronowego i wieloelektronowego:
   • struktura elektronowa,
   • struktura subtelna,
   • struktura nadsubtelna,
   • sprzężenie j-j oraz L-S,
   • oznaczenie stanów energetycznych.
4. Zderzenia atomów:
   • sprężyste,
   • niesprężyste,
   • przekazywanie energii.
5. Opis doświadczenia Francka-Hertza; trzy rodzaje doświadczeń.
6. Zjawisko Ramsauera-Towsenda.

Literatura

1. James Franck, Transformations of kinetic energy of free electrons into excitation energy of atoms by impacts, Wykład Noblowski, 11. grudnia 1926.
2. Gustaw Hertz, The results of the electron-impact tests in the light of Bohr’s theory of atoms, Wykład Noblowski, 11. grudnia 1926.
3. G. Rapior, K. Sengstock, and V. Baev, New features of the Franck-Hertz experiment, Am. J. Phys. 74, 423 (2006).
4. G. F. Hanne, What really happens in the Franck-Hertz experiment with mercury?, Am. J. Phys. 56, 696 (1988).
5. F.H. Liu, Franck-Hertz experiment with higher excitation level measurements, Am. J. Phys. 55, 366 (1987).
6. D.R.A. McMahon, Elastic electron-atom collision effects in the Franck-Hertz experiment, Am. J. Phys. 51, 1086 (1983).
7. R. J. Genolio, Average Energy of Electrons in a Franck-Hertz Tube, Am. J. Phys. 41, 288 (1973).
8. H. Massey, Zderzenia atomowe i cząsteczkowe, PWN Warszawa 1982.
9. V. Acosta, C. L. Cowan, B. J. Graham, Podstawy fizyki współczesnej, PWN Warszawa 1981.
10. Z. Leś, Wstęp do spektroskopii atomowej, PWN Warszawa 1972.
11. D. Kunisz, Fizyczne podstawy emisyjnej analizy widmowej, PWN Warszawa 1973.
12. S. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna cz.V – fizyka atomu, PWN Warszawa 1976.