Physik-LK · Skript 5 · Quantenphysik

Franck-Hertz-Versuch

Elektronen werden von der Kathode K zum Gitter G beschleunigt und laufen durch Quecksilberdampf. Zwischen Gitter und Auffänger A liegt eine kleine Gegenspannung U_G. Steigt die Beschleunigungsspannung U_B, nimmt der Strom zunächst zu, bricht dann aber in regelmäßigen Abständen ein: Haben die Elektronen genug Energie, regen sie Atome an und verlieren dabei eine feste Energieportion. Die Atome nehmen Energie nur in Portionen auf.

So gehst du vor

1Wähle Röhre, Ofentemperatur und Gegenspannung.
2„Automatisch hochfahren“ einschalten: Die Kennlinie wird aufgezeichnet.
3Stelle danach U_B von Hand nacheinander auf die Maxima (größter Strom) und tippe jeweils „U_B als nächstes Maximum in die Tabelle“.
4Die Auswertung liefert den Abstand der Maxima und damit die Anregungsenergie.

Beschleunigungsspannung

0,0 V

Auffängerstrom

0,00 nA

Röhre

Ofentemperatur

180 °C

Gegenspannung U_G

1,5 V

Beschleunigungsspannung U_B

0,0 V

Für die Tabelle U_B von Hand genau auf die Maxima stellen (am Strommesser den größten Wert suchen).

Anregungsenergie: Lage der Maxima über ihrer Nummer

Die Steigung ist der Abstand benachbarter Maxima, der Achsenabschnitt enthält die Kontaktspannung.

Nr.	Nummer k des Maximums	Spannung U_B in V

Aufträge

Fahre die Spannung automatisch hoch. Beschreibe die Kennlinie. Warum steigt der Strom insgesamt an, warum bricht er immer wieder ein?
Stelle die Maxima von Hand ein und bestimme die Anregungsenergie aus der Tabelle. Welche Wellenlänge hat das Licht, das die angeregten Atome aussenden?
Senke die Ofentemperatur auf 140 °C. Was ändert sich, und warum? (Dampfdruck, Zahl der Stöße)
Wozu dient die Gegenspannung? Was passiert ohne sie, was bei 3 V?
Wechsle zu Neon. Erkläre, warum bei höheren Spannungen mehrere leuchtende Schichten entstehen und wo sie liegen.

Theorie: Quanten-Skript, Abschnitte „Der Franck-Hertz-Versuch“ und „Energieniveaus: Emission und Absorption“.