42352

Опыт Франка и Герца

Лабораторная работа

Физика

Описание метода и экспериментальной установки В работе используется метод задерживающего потенциала для регистрации неупругих соударений и определения величины энергии передаваемой электроном атому при его соударении с атомом в тиратроне. При абсолютно упругих столкновениях внутренняя энергия взаимодействующих частиц не изменяется и поэтому их суммарная кинетическая энергия после столкновения равна суммарной кинетической энергии до взаимодействия. При неупругом соударении наблюдается переход механической энергии во внутреннюю энергию что...

Русский

2013-10-29

75 KB

11 чел.

Лабораторная работа 9.1.

Опыт Франка и Герца

Библиографический список

Трофимова Т. И. Курс физики. М.: Высшая школа, 1985.

Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1988. Т. 3.

Цель работы: определение потенциалов возбуждения атомов гелия (или неона) и экспериментальное подтверждение дискретности энергетических уровней в атомах.

Приборы и принадлежности: лабораторная установка «Опыт Франка и Герца».

Описание метода и экспериментальной установки

В работе используется метод задерживающего потенциала для регистрации неупругих соударений и определения величины энергии, передаваемой электроном атому при его соударении с атомом в тиратроне.

В классической механике различают упругое и неупругое соударения. При абсолютно упругих столкновениях внутренняя энергия взаимодействующих частиц не изменяется и поэтому их суммарная кинетическая энергия после столкновения равна суммарной кинетической энергии до взаимодействия. При неупругом соударении наблюдается переход механической энергии во внутреннюю энергию, что приводит к уменьшению суммарной кинетической энергии взаимодействующих частиц после столкновения. Изменение внутренней энергии в этом случае равно разности между суммарными кинетическими энергиями взаимодействующих частиц до их взаимодействия  и после их соударения. Используя законы сохранения энергии и количества движения, можно определить изменение внутренней энергии при неупругом соударении:

.

Так как скорости взаимодействующих частиц могут иметь любые значения, то и ΔЕ может иметь самое различное значение.

Электроны, вылетающие вследствие термоэлектронной эмиссии из катода, попадают в ускоряющее поле КС (рис. 1). Электроны, пролетевшие от катода К до сетки С без соударений с атомами гелия, которым заполнен тиратрон до давления
26,6 Н/м
2 (0,2 мм рт. ст.), будут иметь энергию

E = eV,

где V – разность потенциалов между катодом и сеткой. Пролетев сетку, электроны попадают в тормозящее поле. Электроны, испытавшие неупругие взаимодействия с атомами гелия, не попадают на анод А, так как они задерживаются тормозящим полем (1-5) В.

 


О количестве электронов, которые достигли анода, можно судить по показаниям микроамперметра. Полученная в результате опытов вольтамперная характеристика имеет следующий характерный вид (рис. 2).

Вначале с увеличением напряжения наблюдается возрастание тока. Это возрастание происходит по закону

и свидетельствует о том, что количество электронов, достигающих анод, увеличивается. Последнее возможно только в том случае, если электроны испытывают упругие соударения с атомами. Так как масса электрона во много раз меньше массы атома, то при упругом ударе кинетическая энергия электрона почти не изменяется. Величина тока при определенном значении напряжения V1 возрастает до определенного максимума, после чего уменьшается и при дальнейшем увеличении напряжения снова начинает расти. Уменьшение величины тока свидетельствует об уменьшении количества электронов, достигающих анода, несмотря на то, что приобретаемая ими кинетическая энергия на участке КС увеличивается. На основании этого можно сделать вывод, что при кинетической энергии электрона Е1, соответствующей напряжению V1 (Е1 = еV1), электроны, сталкиваясь с атомами гелия и испытывая неупругий удар, теряют почти полностью свою энергию, вследствие чего не могут достичь анода А. При дальнейшем увеличении напряжения сила тока опять возрастает, и следующий максимум тока соответствует напряжению V2 (Е2 = еV2).

Экспериментально было установлено, что резкое возрастание тока в тиратроне с гелием начинается при напряжении на участке КС в 21 и 42 В. Спад тока при напряжении 21 и 42 В свидетельствует о том, что на участке КС электрон испытывает два неупругих соударения.

В результате опытов Франк и Герц пришли к следующим выводам:

  1.  электроны, энергия которых меньше определенного значения Е1, при взаимодействии с атомами испытывают упругие соударения;
  2.  электроны, кинетическая энергия которых больше Е1, при взаимодействии с атомами испытывают неупругие соударения, в результате которых их энергия уменьшается на величину ΔЕ. Электрон при взаимодействии с атомом передает последнему только определенные порции энергии ΔЕ. Атом, получивший при соударении с электроном энергию ΔЕ, переходит в возбужденное состояние. Возвращение атома из возбужденного состояния в основное сопровождается излучением фотона, длина волны которого может быть определена по формуле

.

Значение этой длины волны соответствует длине волны одной из спектральных линий атомов гелия. Таким образом, в опытах Франка и Герца непосредственно обнаруживается существование у атомов дискретных энергетических уровней.

Порядок выполнения работы

  1.  Ознакомиться с работой установки.
  2.  Включить питание.
  3.  Прогреть в течение 1-2 мин. тиратрон.
  4.  С помощью потенциометра П подавать на сетку напряжение через (0,5 – 1) В.
  5.  Записать показания микроамперметра для указанных в  п. 4 напряжений в табл. 1. После окончания опытов прибор выключить.

Таблица 1

V

I

                            V1 =                               V2 =

Задания

  1.  Построить вольтамперную характеристику тиратрона
    I = f(V).
  2.  По графику найти значения потенциалов возбуждения V1 и V2 и записать в табл. 1.
  3.  Рассчитать длину волны λ спектральной линии, излучаемой атомом при переходе из возбужденного состояния в стационарное, учитывая, что при возбуждении им была получена энергия ΔЕ = eV1.
  4.  Оценить по графику доверительный интервал для значений V1 и V2.
  5.  Оценить погрешность измерения длины волны Δλ известными методами.
  6.  Сделать выводы.

Контрольные вопросы

  1.  По графику укажите величину энергии, поглощенной атомами гелия при первом и втором столкновениях.
  2.  Дайте определение потенциала возбуждения.
  3.  В чем суть метода задерживающего потенциала?
  4.  Как вычислить количество электронов, испытавших неупругое столкновение?
  5.  Сформулируйте постулаты Бора.
  6.  Указать на графике величину первого потенциала возбуждения.
  7.  В какой части тиратрона ЛИГ происходят неупругие столкновения электронов с атомами?
  8.  Как вольтамперная характеристика тиратрона ЛИГ подтверждает постулат о дискретности энергии внутренних состояний атома?
  9.  Дать определение неупругого столкновения, исходя из закона сохранения энергии.
  10.  Какие силы действуют на электрон в атоме?


Содержание

Лабораторная работа 9.1. Опыт Франка и Герца………………3

PAGE  9


EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

Рис. 1. Схема опыта Франка и Герца

Рис. 2. Вольтамперная характеристика тиратрона

V, В

I, μA


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

48247. Основи статистики 1.15 MB
  Вона має свої поняття і категорії такі як: статистична сукупність одиниця сукупності ознаки одиниць сукупності та їх класифікація; шкали вимірювання варіація ознак тощо. Успіх групування в основному залежить від умілого вибору групувальної ознаки яка головним чином визначається завданнями даного дослідження а групування можна проводити як за однією так і за двома і більше ознаками причому групувальні ознаки можуть бути якісними номінальними або кількісними. Величину рівних інтервалів визначають за формулою: де h величина інтервалу;...
48248. ПРАВОВА СТАТИСТИКА 1.32 MB
  Статистика вивчає масові суспільні явища і процеси тому що статистичні закономірності виявляються тільки при вивченні великого числа одиниць сукупності закон великих чисел тобто статистична сукупність має бути репрезентативною. Для масового явища характерним є те що поведінка кожного елемента при цьому носить випадковий характер а поведінка всієї сукупності незважаючи на це є достатньо визначеною. В разі підсумовування значної кількості одиничних явищ обов’язково проявляться порядок і закономірність у їх руху і розвитку які не...
48249. Мовні норми офіційно-ділового стилю 62.5 KB
  У наукових технічних ділових текстах не допустимі розмовнопросторічні слова діалектизми жаргонізми вульгаризми тощо. У мові документів наприклад не вживаються слова авто фото електричка заліковка аскорбінка файно бос комп бабки та ін. До неї належать слова що виступають назвами осіб за родинною спорідненістю батько мати брат сестра син дочка; осіб за професійною або службовою належністю інженер менеджер лікар секретар директор декан; різних предметів побуту будинок телефон стіл книга; ознак малий великий...
48250. Морфологічні особливості офіційно-ділового стилю 172.5 KB
  Морфологічні особливості офіційноділового стилю Морфологічні форми офіційноділового стилю як і наукового є суворо нормативними а відступи від норм вважаються порушенням стильової однорідності. Із морфологічних засобів офіційноділового стилю найхарактернішими є: перевага іменників над дієсловами; широке використання віддієслівних іменників у певних жанрах зумовлене прагненням до узагальнення; перевага наказового способу дієслова над іншими категоріями дієслова; широке використання відіменних прийменників у реалізації стандарту;...
48251. Університетська освіта. Опорний конспект лекцій 595.5 KB
  030505 Управління персоналом та економіка праці Дніпропетровськ – 2011 Університетська освіта: Опорний конспект лекцій для студентів всіх форми навчання які навчаються за галуззю знань 0305 Економіка та підприємництво за напрямами підготовки 6. ECTS базується на трьох ключових елементах: на інформації стосовно навчальних програм і здобутків студентів на взаємній угоді між закладамипартнерами і студентом і використанні кридитів ECTS визначають навчальне навантаження для студентів. Перелік оцінок з предметів який показує...
48252. СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ ПЕРСОНАЛОМ 539 KB
  Поняття менеджменту персоналу та його особливості. Рівень розвитку персоналу визначає конкурентні переваги організацій за умов ринкових трансформацій. У зв’язку з цим особливої актуальності для організацій набуває управління персоналом менеджмент персоналу щоб забезпечити ефективне та своєчасне виконання організаційних цілей та завдань. Менеджмент персоналу як складова загальної теорії управління спирається на різні наукові теорії які умовно можна поділити на : економічні ринок праці міжнародні відносини економічна інформація...
48253. УСТАТКУВАННЯ ПІДПРИЄМСТВ 4.07 MB
  Основи інженерного устаткування будівель у готельному та ресторанному господарстві Устаткування підприємств ресторанного господарства і торгівлі у готельному комплексі Механічне устаткування
48254. Анатомія та фізіологія людини 9.73 MB
  Знання будови тіла людини і пізнання сутності життєвих процесів на різних рівнях організації організму здавна цікавили учених-біологів, філософів та широкі верстви населення. Основними стимулами для розвитку цих знань були практичні потреби життя людей, зокрема потреби медицини. Потрібно було багато століть для того, щоб людство прийшло до сучасного рівня знань у таких галузях науки, як анатомія, фізіологія та гігієна людини.
48255. Господарське право. Курс лекцій. О.М. Вінник 1.84 MB
  У пропонованому курсі лекцій на підставі аналізу нормативно-правових актів. висвітлюються основні теми та інститути господарського права - як загальної частини (поняття господарського права, господарські правовідносини, господарське законодавство, субєкти господарських правовідносин, майнова основа господарювання, господарські зобовязання, господарсько-правова відповідальність, антимонополь-но-конкурентне регулювання, правове регулювання банкрутства), так і спеціальної частини (особливості правового регулювання певних видів господарських відносин: у сфері капітального будівництва, інноваційної, фінансової та біржової діяльності, агентських відносин, комерційної концесії, зовнішньоекономічної діяльності, іноземного інвестування, спеціальних режимів господарювання).