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Expérience de Franck et Hertz – excitation, émission et ionisation

PhysiquePhysique quantique et nucléaire17–18 ansLaboratoire virtuel

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Balayez la tension d'un tube à mercure ou à néon et tracez le courant du collecteur : il chute chaque fois que les électrons ont gagné assez d'énergie pour exciter un atome. Marquez les maximums et trouvez l'énergie d'excitation à partir de leur écart. D'autres écrans envoient des électrons un par un sur un atome et montrent comment un tube fluorescent transforme l'énergie des électrons en UV puis en lumière visible.

Leçon : Excitation et ionisation par chocs d'électrons, niveaux d'énergie, expérience de Franck et Hertz, tube fluorescent

Ce qu’elle montre

En 1914, Franck et Hertz ont envoyé des électrons à travers de la vapeur de mercure. Le courant du collecteur augmente avec la tension, puis chute chaque fois que les électrons ont gagné environ 4,9 eV, car l'atome accepte exactement cette énergie et pas moins. Des écarts égaux entre maximums montrent que les atomes ont des niveaux d'énergie séparés. L'atome excité rend l'énergie sous forme d'un photon ultraviolet vers 254 nm. Un tube fluorescent utilise les mêmes chocs, avec un revêtement qui transforme les UV en lumière visible. Le modèle donne un écart constant, et son échelle de courant est illustrative.

Mode d’emploi

Dans Tube, appuyez sur Balayer pour tracer le courant en fonction de la tension. Faites glisser sur le graphique, ou utilisez Tension d'accélération, jusqu'à un maximum, puis appuyez sur Marquer le maximum. Marquez-en au moins trois et lisez l'écart moyen. Changez Température du four, Tension de freinage ou Gaz, puis balayez à nouveau. Dans Atome et électron, réglez Énergie de l'électron et appuyez sur Envoyer un électron. Dans Tube fluorescent, choisissez un Revêtement, réglez Énergie de l'électron au choc et appuyez sur Enregistrer.

Paramètres modifiables

  • Écran Tube, Atome et électron, Tube fluorescent
  • Gaz Mercure, Néon
  • Tension d'accélération 0–80 V
  • Température du four 100–200 °C
  • Tension de freinage 0–3 V

Questions à explorer

  1. Quel écart mesurez-vous entre les maximums du mercure, et quelle longueur d'onde de photon cette énergie donne-t-elle ?
  2. Comment la courbe change-t-elle quand le four descend à 110 °C, et pourquoi le courant monte-t-il alors ?
  3. Quelle part de l'énergie d'un photon UV reste dans la lumière visible avec chaque revêtement, et où va le reste ?

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