تجربة فرانك وهيرتز – الإثارة والانبعاث والتأين

ماذا تعرض

في عام ⁦1914⁩ أطلق فرانك وهيرتز إلكترونات عبر بخار الزئبق. يزداد تيار المجمّع مع الجهد ثم يهبط كلما اكتسبت الإلكترونات نحو ⁦4.9 eV⁩، لأن الذرة تقبل هذه الطاقة بالضبط ولا تقبل أقل منها. وتدل المسافات المتساوية بين القمم على أن للذرات مستويات طاقة منفصلة. وتعيد الذرة المثارة الطاقة في صورة فوتون فوق بنفسجي قرب ⁦254 nm⁩. ويستخدم المصباح الفلوري التصادمات نفسها، مع طلاء يحوّل الأشعة فوق البنفسجية إلى ضوء مرئي. يعطي النموذج مسافات متساوية، ومقياس التيار فيه توضيحي.

طريقة الاستخدام

في «الأنبوب» اضغط «مسح» لرسم التيار مقابل الجهد. اسحب على الرسم أو استخدم «جهد التسريع» للوصول إلى قمة، ثم اضغط «تحديد القمة». حدّد ثلاث قمم على الأقل واقرأ متوسط المسافة. غيّر «حرارة الفرن» أو «الجهد المعاكس» أو «الغاز» وامسح من جديد. في «الذرة والإلكترون» اضبط «طاقة الإلكترون» ثم اضغط «إطلاق إلكترون». في «المصباح الفلوري» اختر «الطلاء» واضبط «طاقة الإلكترون عند التصادم» ثم اضغط «تسجيل البيانات».

المعاملات القابلة للتغيير

• الشاشة الأنبوب, الذرة والإلكترون, المصباح الفلوري
• الغاز الزئبق, النيون
• جهد التسريع ⁦0–80 V⁩
• حرارة الفرن ⁦100–200 °C⁩
• الجهد المعاكس ⁦0–3 V⁩

أسئلة للاستكشاف

1. ما المسافة التي تقيسها بين قمم الزئبق، وما الطول الموجي للفوتون الذي تعطيه هذه الطاقة؟
2. كيف يتغير المنحنى عند تبريد الفرن إلى ⁦110 °C⁩، ولماذا يرتفع التيار عندئذٍ؟
3. ما نسبة طاقة الفوتون فوق البنفسجي الباقية في الضوء المرئي مع كل طلاء، وأين يذهب الباقي؟