ОПЫТ ФРАНКА И ГЕРЦА

Цель работы:Убедиться в существовании дискретных энергетических уровней атома. Определить потенциал возбуждения атомов газа.

Приборы и принадлежности: Модульный учебный комплекс МУК-ОК.

Методика измерений.

В данной работе опыт Франка и Герца осуществляется с трубкой заполненной инертным газом, в качестве которой используется газонаполненный триод (тиратрон ТГ1Б.)

Физические явления, протекающие в этой радиолампе, принципиально не отличаются от описанных выше.

Схема установки представлена на рис.3.

Важно отметить, что напряжение, измеряемое вольтметром, не равно истинному напряжению между катодом и сеткой. Это объясняется тем, что катод и сетка обычно изготавливают из разных металлов. Газ свободных электронов в этих металлах имеет не одинаковое численное значение химических потенциалов. Если такие металлы привести в соприкосновение, то начнется процесс установления термодинамического равновесия между ними, при котором электроны из металла с более высоким значением химического потенциала начнут переходить в металл с относительно низким его значением. Этот переход продолжается до тех пор, пока химические потенциалы ни выровняются. Первый металл, лишаясь некоторого количества своих электронов, заряжается положительно, в то же время второй, приобретая избыточные электроны, заряжается отрицательно. Состоянию динамического равновесия соответствует определенная установившаяся разность потенциалов между контактирующими металлами, которая называется внешней контактной разностью потенциалов . Сказанное означает, что истинное напряжение между катодом и сеткой равно алгебраической сумме напряжения источника , которую измеряет вольтметр, и контактной разности потенциалов :

. (1)

Для температур, при которых работает тиратрон можно считать U_КОНТ=1,5…1,7 В.

Задание к работе

1. Соберите схему согласно и рис.3. Накал тиратрона уже подключен к источнику питания лампы. Время прогрева установки ~ 3 мин.

2. Установите напряжение на сетке в диапазоне 1-3В. Установите задерживающее напряжение между сеткой и анодом от 0 до 0,5 В.

3. Снимите зависимость тока анода от напряжения между катодом и сеткой. Данные занесите в таблицу 2. Постройте график этой зависимости.

Таблица 2

		0,25	0,5		…..		….

4. Определите с помощью построенного графика по первому максимуму с учетом контактной разности потенциалов (формула 1) потенциал возбуждения U_ВОЗБ.

5. Зная потенциал возбуждения, используя таблицу 1, определите, каким газом заполнен тиратрон.

6. Рассчитайте длину волны, которую излучают атомы газа, находящиеся в тиратроне.

Контрольные вопросы

1. Что доказал опыт Франка и Герца?

2. Почему столкновения атомов газа с электронами при малых значениях ускоряющего напряжения, приложенного между катодом и сеткой, носят упругий характер?

3. Почему столкновения атомов газа с электронами, начиная с определённого значения ускоряющего напряжения, начинают носить неупругий характер?

4. Почему зависимость силы тока коллектора (анода) от напряжения, приложенного между катодом и сеткой, имеет участки плавного роста и резкого спада?

5. Как, зная потенциал возбуждения атома, определить энергию, которая необходима для перевода атома из основного в первое возбужденное энергетическое состояние?

6. Как определить длину электромагнитной волны, которую излучает атом газа при переходе из первого возбуждённого в основное энергетическое состояние?

7. Докажите, что именно при неупругом ударе электрон может передать атому газа наибольшую часть своей кинетической энергии. Какая часть кинетической энергии при этом останется у электрона? (Для простоты рассмотрите столкновение ускоренного полем электрона с неподвижным атомом).

8. Почему не учитываются столкновения нейтральных атомов газа с имеющимися в тиратроне ионами, которые ускоряются тем же полем до тех же кинетических энергий, что и электроны?