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Franck-Hertz-Versuch – Anregung, Emission und Ionisation

PhysikQuanten- und KernphysikAlter 17–18Virtuelles Labor

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Fahren Sie die Spannung an einer Quecksilber- oder Neonröhre durch und zeichnen Sie den Auffängerstrom: Er fällt jedes Mal, wenn die Elektronen genug Energie gewonnen haben, um ein Atom anzuregen. Markieren Sie die Maxima und bestimmen Sie aus ihrem Abstand die Anregungsenergie. Weitere Ansichten schießen einzelne Elektronen auf ein Atom und zeigen, wie eine Leuchtstoffröhre Elektronenenergie in UV und dann in sichtbares Licht umwandelt.

Lektion: Anregung und Ionisation durch Elektronenstöße, Energieniveaus, Franck-Hertz-Versuch, Leuchtstoffröhre

Was sie zeigt

1914 schossen Franck und Hertz Elektronen durch Quecksilberdampf. Der Auffängerstrom steigt mit der Spannung und fällt jedes Mal, wenn die Elektronen etwa 4,9 eV gewonnen haben, denn ein Atom nimmt genau diese Energie auf und nicht weniger. Gleiche Abstände der Maxima zeigen, dass Atome getrennte Energieniveaus haben. Das angeregte Atom gibt die Energie als ultraviolettes Photon nahe 254 nm wieder ab. Eine Leuchtstoffröhre nutzt dieselben Stöße; ihre Beschichtung wandelt das UV in sichtbares Licht um. Das Modell liefert gleiche Abstände, seine Stromskala dient nur der Veranschaulichung.

So funktioniert es

Drücken Sie bei Röhre auf Durchfahren, um den Strom gegen die Spannung zu zeichnen. Ziehen Sie im Diagramm oder nutzen Sie Beschleunigungsspannung, um zu einem Maximum zu gelangen, und drücken Sie Maximum markieren. Markieren Sie mindestens drei und lesen Sie den mittleren Abstand ab. Ändern Sie Ofentemperatur, Gegenspannung oder Gas und fahren Sie erneut durch. Stellen Sie bei Atom und Elektron die Elektronenenergie ein und drücken Sie Elektron schießen. Wählen Sie bei Leuchtstoffröhre eine Beschichtung, stellen Sie die Elektronenenergie beim Stoß ein und drücken Sie Daten speichern.

Einstellbare Parameter

  • Ansicht Röhre, Atom und Elektron, Leuchtstoffröhre
  • Gas Quecksilber, Neon
  • Beschleunigungsspannung 0–80 V
  • Ofentemperatur 100–200 °C
  • Gegenspannung 0–3 V

Fragen zum Erkunden

  1. Welchen Abstand messen Sie zwischen den Quecksilber-Maxima, und welche Photonenwellenlänge ergibt diese Energie?
  2. Wie ändert sich die Kurve, wenn der Ofen auf 110 °C abkühlt, und warum steigt der Strom dann?
  3. Welcher Anteil der Energie eines UV-Photons bleibt bei jeder Beschichtung im sichtbaren Licht, und wohin geht der Rest?

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