Experimentul Franck-Hertz. Cuantificarea energiei atomice.
Tag-uri
Partajeaza in Google Classroom
Transcript
În ce an a treia lecții de fizică
atomică vom discuta despre experimentul
Franck hertz în acest în acest
desen aveți schema experimentului
Franck hertz pe care o Vom explica
a pas cu pas Deci pornim cu un
tub transparent de vapori cu vapori
de mercur Deci cu această culoare
albastru deschis simbolism un tub
transparență se dă imediat se transparent
în care se găsesc vapori de mercur
la densitate mică Deci in interior
în interiorul acestei incinte se
află vapori de mercur care se simbolizează
cu HG Mercur în stânga acestui
tube avem un ca tot simbolizat
cu ce Care este încălzit de către
filamentul și emite electronice
avem un filament notat cu l Care
este conectat la o sursă de curent
continuu în concluzie prin efectul
se va încălzi și va încălzi catodul
și atunci ca totul va emite electronic
grila GM accelerează acești electroni
deoarece este conectată la două
surse ambele sursei având polurile
pozitive conectate la grilaje de
ce atât sursa din dreapta notată
cu e f are plusul conectat la grilă
cât și sursa din stânga are plus
sunt conectat la grilă Deci grila
are un potențial electric mare
pozitiv în concluzie electronii
emise de către ca tot vor fi accelerați
către grilă trecând prin ea și
ajungând în final la înot sursa
variabilă M formată din o sursă
cu tensiune electromotoare constantă
și Andreeo stat R controlează tensiunea
de accelerare Deci tensiunea dintre
ca tot și grilă pe care o notez
cu unde si această tensiune dintre
ca tot și grilă este generată de
către sursa continuă e dar controlată
în intensitate de către rezistența
variabilă sau rezultatul aer în
felul acesta controlăm tensiunea
de accelerare Deci controlăm energia
cinetică a acestor electronică
vă aducă aminte că energia cinetică
este egală cu sarcină electronului
înmulțită cu tensiunea de accelerare
aceasta rezultă din ecuația Delta
e c este egal cu lucrul mecanic
de variație energie cinetică este
egală cu lucrul mecanic Delta aici
fiind egală cu energia cinetică
a electronul la grilă energia cinetică
inițial fiind 0 iar lucrul mecanic
exercitat de diferența de potențial
asupra electronilor este produsul
dintre sarcină și diferența de
potențial sau tensiunea u Deci
controlând valoarea lui controlăm
Câtă energie cinetică sau viteză
ce dăm acestor electroni și apoi
avem anodul A care captează electronica
și comentariu datorită acestui
dispozitiv experimental cu două
surse Deci avem o sursă notată
cu EF și o sursă cu notată cu a
în care întotdeauna e este mai
mare decât catul dual scuzați anodul
este încă are potențial mai mic
decât grila dar întotdeauna mai
mare decât ca totul deci în practică
în acest experiment avem următoarea
situație potențialul grilei este
mai mare decât cel al anului Dar
la rândul lui anodul are un potențial
mai mare decât catul și de ce electronii
întotdeauna circulă de la stânga
la dreapta dar sunt accelerați
între ca tot și grila după cum
spuneam sursa de frânare e f are
o valoare mică 0 V și controlează
tensiunea de frânare dintre grilă
și a note veți vedea imediat De
ce folosim această tensiune de
frânare Și în fine avem un microfon
măsoară intensitatea curentului
i A deci curentul anodic notat
cu a este curentul acestor electroni
miști grilă și eventual captați
decât tren înot în ultimul rând
dar foarte important mai există
un instrument pe care nu îl am
desenat în schema noastră și anume
un spectroscop în jurul acestui
tube se află un spectroscop ce
emite scuzați ce măsoară radiațiile
electromagnetice emise din tu Deci
dacă pentru orice motiv în Vedea
imediat care există radiații electromagnetice
emise în dinăuntru tubului atunci
acest spectroscop Ce se află în
jurul tubului le va observa și
măsura ne uităm comentariu înainte
de trecerea rezultate tensiunea
de frânare mică de ce acest e f
Care este mic comparat cu m dintre
grilă și unde are rolul important
de a împiedica electroni cu viteză
mică să ajungă la înot Deci dacă
vom vedea iar și imediat de pentru
de ce Pentru anumit motiv avem
o anumită fracție de electroni
ce trec de grilă cu o viteză mică
atunci acest ef îi va împiedica
să ajungă la anul Deci tensiunea
de frânare are rolul de a selecta
doar electronii cu o energie cinetică
sau viteză mare penisul contribuie
la Curentul anodic ia Haideți să
trecem la rezultate deci există
două rezultate principal rezultat
este din caracteristica curent
tensiune obținut în acest experiment
Deci se măsoară intensitatea curentului
anodic ca funcție de tensiunea
de accelerare dintre ca tot și
Grill și ce se observă este că
avem o creștere liniară până la
o anumită valoare a tensiunii după
care aceasta cade brusc Apoi ia
crește din nou liniar până la anumită
valoare și apoi iarăși scade brusc
și apoi iarăși avem o creștere
liniară și apoi o cădere bruscă
și așa mai departe Deci în concluzie
există aceste valori ale tensiunii
de accelerare dintre cat aude și
grilă în care avem o încetinire
a curentului sau o scădere a curentului
a Nautic foarte interesant aceste
tensiuni sunt la intervale egale
De ce acest 1 este egal cu 4 volți
bineînțeles spune care are măsura
tensiune sportul ud u2 va fi egal
cu doi unu De ce egal cu 9 volți
cu trei va fi egal cu trei unu
adică 14 volți De ce avem multiplii
de 4 volți de n ori 4 volți aceasta
este regula prin prin care se pot
calcula pozițiile acestora maxim
Haideți să trecem la interpretarea
rezultatelor pas cu pas deci în
primul rând fenomenul fundamental
si are loc în tubul nostru este
ciocnirea dintre electroni electronii
emise de către ca tot și accelerați
către grilă cu atomi de Mercury
de mercur aflați în tubul nostru
Deci este fenomenul esențial este
această interacție electron atom
de mercur ce se întâmplă Pe măsură
ce creștem tensiunea de accelerare
dintre catolici și grilă Bineînțeles
că ce dăm energie cinetică electroni
după cum am spus energia cinetică
a electronilor este egală cu e
cu aceasta înseamnă pur și simplu
că e m v pătrat pe 2 este egal
cu nici Pe măsură ce crește viteza
crește viteza electronilor crește
și Deci intensitatea curentului
anodic crește această dependență
fiind una aproximativ liniar Deci
primul tip de interacțiune trebui
să aibă loc între electroni și
atunci este ciocnirea de tip elastic
aceasta deoarece o ciocnire elastică
are loc fără cedare de energie
către aten de electroni își continuă
mișcarea către Arad aproape nestingheriți
de către prezența atomilor de mercur
iar atomi rămân neschimbate în
urma acestei interacție ca să scriem
simbolic Deci avem acest tip de
ciocnire electronii ciocnește elastic
de un atom de mercur și rezultă
același electrom și același atom
dacă vreți situația poate fi comparată
vizuală cu cea a unei bile de biliard
foarte mici propagând sa printre
bile de biliard foarte Mari Villa
foarte mică fiind electronul care
are masă mult mai mică decât atomul
de mercur și Bila mare bile mari
fiind atomii de mercur Deci avem
vino o bilă foarte mică punctiformă
care este electronul care întâlnește
în care sa bile foarte foarte mari
mult mai mari decât am desenat
eu și Deci ce se va întâmpla este
că vor avea loc ciocniri câteva
ciocniri elastice în urma cărora
electronul nu își pierde energie
iar atomii de mercur rămân neschimbați
nici nu se setează aceste biluțe
foarte mici electroni propagând
se în continuare datorită accelerării
impuse de grilă și ajung la anodul
unde formează curentul anunți că
totuși ce se întâmplă în acest
punct Deci crește crește curentul
anodic Dar ce se întâmplă în acest
punct în acest punct trebuie să
schimbăm modelul de interacției
nume trebuie să aibă loc un alt
tip de ciocnire între Electro chaton
și anume ciocnirile inelastice
întru ciocnire inelastică electronul
nu se mai comportă ca o bilă dacă
doriți de biliard Ce este absorbit
de către sau interacționează cu
structura atomului ce dând energie
Deci acest electroni cedează energie
atomului și în concluzie este încetinit
iar atomii bineînțeles 8 sorb această
energie trecând între o altă starea
lor o stare excitată datorită a
pățit de energie Deci ceea ce trebuie
să se întâmple în acest punct este
că electronul de data aceasta se
ciocnește in elastic cu atomul
de hidrogen de scuzați Mercur asta
înseamnă că îi cedează o parte
din energia sa cinetică bineînțeles
după aceea continuăm dar cu energie
mai mică iar atomul de mercur rămâne
în urmă excita pe o stare energetică
mai înaltă și bineînțeles motivul
pentru care obținem acest maxim
se dată acelei tensiuni de frânare
mai exact deoarece electronii au
cedat o parte din energia lor cinetică
atomilor de mercur atunci vor rămâne
cu o viteză mult mai mică în momentul
când se întâmplă acest lucru adică
aici Și atunci vor fi frâna ți
de către tensiunea de frânare ne
mai ajungând la Note și Deci curentul
anodic va cădea brusc bineînțeles
în continuare avem tensiunea de
accelerare ca tot grilă Și ei vor
fi din nou accelerați până când
ajung la o altă valoare a energiei
lor la care avem aceste ciocnit
din elastice în concluzie ciocnirile
de tip inelastic în care electroni
cedează energie atomilor au loc
la valori foarte fix Adică electronul
trebuie să aibă energie cinetică
gală ori cu 4 corespunzătoare lui
4 Olt ori corespunzătoare lui 9 volți
ori corespunzătoare lui 14 V numai
electronic cu energie discretă
egală cu multipli întregi de 4 volți
pot avea astfel de interacțiune
la Stitch Observați de așa Idea
principală a ceea de cuantificare
a energiei pe care un atom de mercur
o poate absorbi trebuie să fiu
multiplu de 4 volți exprimat în
termen de energie toată această
interpretare este interesantă dar
cum o Putem verifica este foarte
important în experimentul Franck
hertz că putem există un al doilea
rezultat în afară de această caracteristică
intensitate tensiune care verifică
toată această ipoteză toate și
stii pătezi și anume după cum am
spus în cazul ciocnirilor inelastice
atomul de mercur este lăsat întors
tare excitat aceasta nu este o
stare de echilibru Deci bineînțeles
el va trebui să revină la Starea
de echilibru emițând to radiații
Deci dacă întregul nostru raționament
este corect atunci atomul de mercur
va trebui să emită o radiație electromagnetică
pe care spectroscopul nostru va
trebui să observi Deci dacă este
corect spectroscopul trebuie să
observi radiații electromagnetice
și întradevăr spectroscopul din
experimentul Franck hertz Observă
o emisa de radiații electromagnetice
și anume întradevăr atomi revin
în starea de echilibru energetic
adică excitată grafic sau simbolic
procesul arătând în felul următor
un atom de mercur excitat revine
în starea de bază Nek și tot emițând
un Foton adică unde electromagnetice
pe care spectroscopul o Observă
mai mult decât atât putem la cât
anume ar trebui să fie lungimea
de undă a acestui Foton emis și
să vedem dacă experimentală obțin
Deci calculul la și foarte simplu
lungimea de undă electro este dată
datorită ipotezei de bro de Formula
Haș împărțit la Penny Constanța
planck împărțită la impulsul electronului
pe care putem să scriem ca HC împărțit
la m pentru a obține lungimea de
undă a fotonului emise de lungimea
de undă a fotonului emis datorită
acestei lungimi de undă a electronului
va fi HC împărțit la e dar după
cum știm e energia transferată
este egală cu eu deci lungimea
de undă a fotonului mastar trebui
să fie h c împărțit la înmulțit
cu o să spunem pentru această emisie
1 deci putem calcula lungimea de
undă a fotonului emis în acest
proces și anume este constanta
planck înmulțită cu viteza luminii
în vid împărțită la sarcină electrică
elementar și împărțită din nou
la 4 V întradevăr când facem tot
Acest calcul obținem un Gmail de
undă egală cu doi 253 virgulă șapte
nanometri și întradevăr spectroscopul
din experimentul Franck hertz Observă
radiații emite din tub cu o lungime
de unda foarte precisă și anume