Опыт Франка и Герца (1914)

Схема экспериментальной установки, на которой работали Франк и Герц, представлена на рис. 12.7.

Рис. 12.7

Рис. 12.8

В стеклянной колбе, содержащей пары ртути при давлении порядка 1 мм рт.ст., смонтированы анод А, подогреваемый катод К и сетка С.

С помощью потенциометра П можно менять напряжение между катодом и сеткой. Это напряжение является ускоряющим для термоэлектронов, покидающих катод.

Важный момент. Между анодом и сеткой создана тормозящая разность потенциалов порядка 0.5 В, то есть на анод подан отрицательный потенциал относительно сетки.

На рисунке 12.8 можно видеть как меняется анодный ток в этой установке при монотонном увеличении ускоряющего напряжения между сеткой и катодом.

Такая необычная зависимость анодного тока от напряжения связана с дискретностью энергетических уровней атомов ртути.

Атом ртути может поглощать порции энергии только вполне определенных величин

∆ E ₁ = E ₂ – E ₁, ∆ E ₂ = E ₃ – E ₁ и так далее.

Термоэлектроны, появившиеся на катоде устремляются к сетке. В своем движении они сталкиваются с атомами ртути, но до тех пор, пока кинетическая энергия электронов меньше величины ∆ Е ₁, эти взаимодействия носят упругий характер. В результате таких соударений электроны практически не теряют энергии. Достигнув сетки, электроны проникают в область между сеткой и анодом и, преодолев тормозящее действие местного поля, достигают анод. Так замыкается цепь и обеспечивается течение анодного тока.

С увеличением ускоряющего напряжения, растет число электронов, достигающих анод, и растет анодный ток. Так продолжается до тех по, пока растущая энергия электронов не достигнет значения ∆ Е ₁. Теперь взаимодействие электрона с атомом ртути будет носить неупругий характер.

Электрон передаст свою энергию атому ртути, а оставшейся энергии оказывается недостаточно, чтобы преодолеть тормозящее поле между сеткой и анодом. Электрон этим полем отбрасывается назад к сетке. Это первое падение анодного тока, после напряжения U = 4.9 В.

При дальнейшем увеличении ускоряющего напряжения упомянутая энергия ∆ Е ₁ будет достигаться электронами не у самой сетки, а раньше, ближе к катоду. Это означает, что после неупругого взаимодействия с атомом ртути, электрон имеет возможность на оставшемся участке до сетки увеличить свою энергию настолько, чтобы преодолеть тормозящее напряжение.

Вновь можно наблюдать рост тока с увеличением напряжения.

При ускоряющем напряжении больше U > 9.8 В, электроны на пути от катода к сетке дважды претерпевают неупругое взаимодействие с атомами ртути. И второе из двух соударений – у самой сетки.

Вновь электроны теряют всю свою энергию на пороге тормозящего поля, и будут отброшены им назад к сетке.

Такая избирательность атомов в отношении к порциям энергии, которые ими могут быть восприняты, является прямым доказательством одного из главных положений квантовой теории - дискретности энергетических уровней атома.

Итог лекции 12

1. Спектр излучения атомарного водорода. Обобщенная формула Ьальмера:

.

2. Постулаты Бора:

, m = 1, 2, 3,...

.

Лекция 13 «Волновые свойства микрочастиц»

План лекции

1. Волновые свойства вещества. Гипотеза де-Бройля.

2. Экспериментальное подтверждение гипотезы де-Бройля.

2.1. Опыт Дэвиссона – Джермера.

2.2. Волновые свойства микрочастиц. Принцип неопределенности Гейзенберга.

3. Уравнение Шредингера.

Итоги лекции 13

Дата добавления: 2014-01-15