Incuntrà l'Esperimentu Franck è Hertz

Sapete ciò chì esperimentu hertz? Era un studiu realizatu per a prima volta in u 1914 da i scientisti James Franck è Gustav Ludwig Hertz, chì u so scopu era di stabilisce a quantizazione di i livelli energetichi di l'elettroni prisenti in l'atomi.

esperimentu Hertz

L'esperimentu di Franck è Hertz

L'esperimentu di Hertz hà sappiutu cunfirmà u mudellu quantum di Bohr di l'atomu, pruvucannu chì l'atomi sò solu capaci di assorbe quantità specifiche di energia chjamata quanta. Per quessa, questu hè unu di l'esperimenti essenziali per a fisica quantistica. Per via di sta ricerca, Franck è Hertz anu premiatu u Premiu Nobel in Fisica in u 1925.

Storia, quale era Hertz?

In l'annu 1913, Niels Bohr favurì l'esistenza di un novu mudellu di l'atomu, chjamatu dopu Modellu atomicu di Bohr, è prupostu l'esistenza di l'orbiti elettroni, chì avianu cum'è mudellu u U mudellu atomicu di Rutherford, cum'è un sistema planetariu. Cù u so mudellu hà prupostu quattru postulati, unu di i quali era ligatu à a quantizazione di l'orbiti di l'elettroni.

In questu modu, i primi esperimenti anu u scopu di pudè verificà sta quantizazione. In i primi esperimenti, a luce hè stata utilizata, postu chì à quellu tempu era cunnisciutu chì a luce era custituita da quanta d'energia. Per quessa, Bohr hè criticatu per u fattu chì i risultati di a quantizazione di l'orbiti, è per quessa, di a quantizazione di i stati di l'energia di l'elettroni di l'atomu, avianu a so origine solu in a quantizazione di a luce.

In u 1914, Franck è Hertz, chì anu travagliatu nantu à l'energii d'ionizazione di l'atomi, inventavanu un esperimentu utilizendu i livelli d'energia di l'atomu di mercuriu. A so prova usava solu elettroni è atomi di mercuriu, senza usà alcuna luce. Bohr ottene cusì a dimostrazione irrefutabile di u so mudellu atomicu.

L'esperimentu di Hertz in pratica

In prima, per dimustrà a quantizazione di i livelli di energia, anu utilizatu un triodu, cumpostu di un catodu, una griglia polarizzata è un anodu, chì hè capaci di creà un fasciu di elettroni in un tubu vacuum chì cuntene mercuriu in un statu gasu. .

Tandu prucedenu à misurà a mudificazione di u currente ricivutu da l'anodu secondu l'energia cinetica pusseduta da l'elettroni, è cusì anu pussutu deduce a perdita di energia di l'elettroni in u mumentu chì i collisioni sò accaduti.

Matière

U gruppu di triodu era cuntenutu in una capsula di vetru chì cuntene mercuriu. Hè pussibule di realizà stu esperimentu à diverse temperature è hè impurtante di pudè paragunà sti risultati cù una misurazione à a temperatura di l'ambienti, in quale u mercuriu serà in un statu liquidu.

Quandu u mercuriu hè calatu à una temperatura di 630 K, diventa un gasu. Ma per ùn avè da ghjunghje à quella temperatura, hè pussibule di travaglià cù una pressione ridutta à l'internu di a capsula è pò esse riscaldata à una temperatura chì varieghja trà 100 è 200 °C.

Per l'elettroni per esse estratti è per voi per ghjunghje à una vitezza pertinente, deve esse usata una tensione chì serà situata trà u catodu è a griglia, chì serà una tensione d'accelerazione, pruducia. onde radio. In u listessu modu, pò esse interessante di mette una tensione in u sensu oppostu, trà l'anodu è a griglia, per rallentà l'elettroni.

I risultati di l'esperimentu Hertz

Comu spiegatu in Biografia di Hertz, u risultatu di stu esperimentu hè chì serà pussibule di rapprisintà a manera chì a diferenza di potenziale chì risulterà da un convertitore di tensione di corrente chì hè piazzatu à l'outlet di l'anodu evoluzione, in relazione à a diferenza di putenziale di estrazione di l'elettroni da u catodu.

I più cunnisciuti esperimenti Hertz è Franck

Per ottene differenze di potenziale bassu, finu à 4,9 V, u currente chì scorri à traversu u tubu aumenta constantemente cù a diffarenza potenziale crescente. Cù a tensione più altu, u campu elettricu in u tubu aumenta è l'elettroni seranu attirati cù più forza versu a griglia di accelerazione. In questu casu, hè osservatu chì à 4,9 volti, u currente cala di colpu, quasi torna à zero.

U currente cresce in modu fermu se a tensione cuntinueghja à aumentà, finu à chì 9.8 volti hè ghjuntu, chì hè esattamente u doppiu di u primu voluminu di corrente utilizatu, è pudemu vede chì una caduta brusca simili si trova à 9.8 volti. Questa serie di gocce di corrente per incrementi di circa 4.9 volti mantenenu osservabilmente finu à i putenziali di almenu circa 100 volti.

Interpretazione di i risultati di l'esperimentu Hertz

Franck è Hertz anu sappiutu spiegà i so esperimenti in cundizioni di collisione elastica è collisione inelastica di l'elettroni. À i putenziali bassi, l'elettroni accelerati acquistanu solu una quantità moderata di energia cinetica. Quandu anu cunfruntatu l'atomi di mercuriu in u tubu di vetru, anu fattu solu scontri elastici.

Questu hà u so mutivu di esse in a prediczione di a meccanica quantistica chì indicava chì un atomu ùn hè micca capaci di assorbe alcuna energia finu à chì l'energia di a collisione supera u valore necessariu per excite un elettroni chì hè ligatu à l'atomu in una strata di energia più altu.

Per solu colissioni elastiche, a quantità assoluta di energia cinetica in u sistema ferma a stessa. Perchè l'elettroni anu una massa chì hè circa mille volte più ligera cà l'atomi menu massicci, questu significa chì a maiò parte di l'elettroni conservanu a so energia cinetica, diventendu onde hertz. I putenziali più altu anu risultatu in guidà più elettroni da a griglia à l'anodu è anu ancu riesciutu à aumentà u currente osservatu, finu à chì u potenziale di accelerazione hà righjuntu 4.9 volti.

L'energia di eccitazione elettronica più bassa chì un atomu di mercuriu pò avè bisognu di 4,9 electron volts (eV). In u casu induve a putenza accelerante hà righjuntu 4.9 volti, ogni elettrone liberu assorbe esattamente 4.9 eV d'energia cinetica, sopra à a so energia di riposu à quella temperatura, da quandu hà ghjuntu à a griglia.

Per questu mutivu, una colisazione trà un atomu di mercuriu è un elettronu liberu pò esse inelasticu à quellu tempu, vale à dì, l'energia cinetica di un elettronu liberu pò esse trasfurmata in energia potenziale excitendu u livellu di energia di un elettrone chì hà un atomu di mercuriu. . Quandu tutta a so energia cinetica hè persa, l'elettrone liberu hè incapace di superà a ligera putenza negativa à l'elettrodu di terra, è u currente elettricu scende precipitatamente.

Quandu a tensione hè aumentata, l'elettroni formanu una collisione inelastica, perde u so potenziale cineticu di 4.9 eV, ma poi fermanu in un statu acceleratu. In questu modu, u currente chì hè misuratu torna torna quandu u potenziale di accelerazione hè aumentatu, partendu da 4.9 V. Quandu 9.8 V hè righjuntu, a situazione cambia di novu.

À quellu mumentu, ogni iltrone hà l'energia necessaria per esse parti di dui scontri inelastici, chì riesce à eccitare dui atomi di mercuriu, è poi perde tutta a so energia cinetica. Questu hè ciò chì spiega a diminuzione di corrente osservata. In l'intervalli di 4.9 volt, sta prucedura si ripeterà, perchè l'elettroni anu da sperimentà una collisione inelastica più.


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