A. Опыт Герца
Опыт Франка и Герца
Из модели атома Н. Бора следовало, что минимальная энергия, которую может поглотить атом при взаимодействии с другим атомом или электроном, равна разности энергий в его первом возбужденном и основном состояниях. Следовательно, если пропускать через газ пучок электронов, в котором энергия каждого электрона меньше разности энергий атома в первом возбужденном и основном состояниях, то при столкновении с атомами эти электроны не должны терять энергию. Если же энергия электронов равна указанной разности, то они при соударениях с атомами смогут отдавать свою кинетическую энергию на возбуждение атомов (неупругое столкновение).
Впервые неупругие столкновения электронов с атомами ртути были обнаружены в опытах Д. Франка и Г. Герца в 1913 г. В этих опытах применялась стеклянная трубка, заполненная парами ртути (рис. 20.5). Катод К нагревается электрическим током. Электроны, вылетевшие из катода, ускоряются электрическим полем между катодом и сеткой С. Между сеткой С и анодом А электроны тормозятся электрическим полем, создаваемым батареей Б2. Потенциал сетки С выше потенциала анода на 0,5 В.
В опытах Д. Франка и Г. Герца исследовалась зависимость силы тока в цепи анода от напряжения между катодом и сеткой. Так как потенциал сетки был выше потенциала анода на 0,5 В, то достигнуть анода могли только электроны, кинетическая энергия которых превышала 0,5 эВ.
Результаты, полученные в одном из опытов, представлены на рис. 20.6. Пока напряжение на сетке не превосходит 4,9 В, сила тока в цепи постоянна.
Резкое уменьшение силы тока в анодной цепи анода при достижении напряжения между катодом и сеткой, равном 4,9 В, заставляет сделать вывод, что электроны с кинетической энергией 4,9 эВ полностью теряют ее при соударении с атомами ртути вблизи сетки. Так как кинетическая энергия электронов после такого соударения оказывается близкой к 0, даже слабое встречное поле между сеткой и анодом не пропускает их к аноду и сила тока в цепи уменьшается.
В соответствии с теорией Н. Бора можно сделать вывод, что разность энергий между первым возбужденным стационарным состоянием атома ртути и его основным состоянием равна 4,9 эВ: W2-W1 = 4,9 эВ.
Это подтверждается также наблюдаемым при этом испусканием парами ртути света с частотой \(\nu_{21} = \frac{(W_2 - W_1)}{h},\) которое происходит при самопроизвольном переходе атомов ртути из возбужденного состояния 2 в невозбужденное 1.
Литература
Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — С. 579-580.
