Der Versuch von Franck und Hertz

Der Versuch von Franck und Hertz

Versuchsaufbau:

In einem evakuierten Glaskolben befindet sich das Edelgas Neon. An der Glühkatode werden Elektronen emit­tiert, die durch das elektrische Feld zwischen der Ka­tode und der Gitterelektrode A und danach zwischen A und B beschleunigt werden. Zwischen B und C wird eine Bremsspannung U_B angelegt, welche die Elektronen welche Neon-Atome gestoßen haben von den anderen trennt. Mit Hilfe eines Messverstärkers und eines Messgeräts wird die Stomstärke zwischen B und C quantitativ gemessen. Es kommen natürlich nur die Elektronen durch, die vor B eine Energie größer der Bremsenegie haben die sie zwischen B und C erfahren. Außerdem werden die Spannungen gemessen.

Beobachtung:

Ab einer Beschleunigungsspannung von ca. 20 V zeigt sich nahe dem Gitter ein Leuchten. Mit höherer Spannung verlagert sich der leuchtende Be­reich in Richtung Katode. Ab ca. 40 V entsteht am Gitter ein zweiter leuchtender Bereich der bei weite­rer Erhöhung der Spannung ebenfalls in Richtung Katode wandert.

Erklärung:

Durch die Beschleunigung im Feld zwi­schen Katode und Gitter erhalten die Elektronen die kinetische Energie E_kin = eU_B. Bei ca. 20V ist die ki­netische Energie erreicht, die zu der beobachteten ersten Leuchterscheinung führt. Die Elektronen über­tragen die Energie an Neonatome, die dadurch in ei­nen Zustand höherer Energie gelangen. Man bezeich­net diesen Vorgang als energetische Anregung.

Erhöht sich die Spannung U_B, dann verfügen die beschleunigten Elektronen am Gitter über eine höhe­re kinetische Energie. Die Energie zur Anregung der Neon-Atome ist dann bereits vor Ende der Beschleu­nigungsstrecke erreicht. Deshalb verlagert sich der Ort des Leuchtens. Da die Elektronen danach wieder von neuem im elektrischen Feld beschleunigt wer­den, wiederholt sich dieser Vorgang bei höherer Spannung. Die beobachtete Schichtung entsteht.

Versuchsdurchführung:

Versuch mit dem t-y-Schreiber:

Hier wird die Spannung nahezu linear von einem Steuergerät gesteigert, und die Stromstärke von einem  t-y-Schreiber aufgenommen.