ફ્રેન્ક અને હર્ટ્ઝ પ્રયોગને મળો

શું તમે જાણો છો કે શું હર્ટ્ઝ પ્રયોગ? તે 1914 માં વૈજ્ઞાનિકો જેમ્સ ફ્રેન્ક અને ગુસ્તાવ લુડવિગ હર્ટ્ઝ દ્વારા પ્રથમ વખત હાથ ધરવામાં આવેલ એક અભ્યાસ હતો, જેનો હેતુ અણુઓમાં હાજર ઇલેક્ટ્રોનના ઉર્જા સ્તરોનું પરિમાણ સ્થાપિત કરવાનો હતો.

ફ્રેન્ક અને હર્ટ્ઝનો પ્રયોગ

હર્ટ્ઝનો પ્રયોગ બોહરના પરમાણુના ક્વોન્ટમ મોડલની પુષ્ટિ કરવામાં સક્ષમ હતો, જે સાબિત કરે છે કે અણુ માત્ર ચોક્કસ માત્રામાં ક્વોન્ટા તરીકે ઓળખાતી ઊર્જાને શોષવામાં સક્ષમ છે. એટલા માટે, આ ક્વોન્ટમ ફિઝિક્સ માટે જરૂરી પ્રયોગોમાંનો એક છે. આ સંશોધન માટે, ફ્રેન્ક અને હર્ટ્ઝને 1925 માં ભૌતિકશાસ્ત્રમાં નોબેલ પુરસ્કાર આપવામાં આવ્યો હતો.

ઇતિહાસ, હર્ટ્ઝ કોણ હતો?

વર્ષ 1913 માં, નીલ્સ બોહરે અણુના નવા મોડલના અસ્તિત્વની હિમાયત કરી, જેને પાછળથી બોહર અણુ મોડેલ, અને ઇલેક્ટ્રોન ભ્રમણકક્ષાના અસ્તિત્વની દરખાસ્ત કરી, જે એક મોડેલ તરીકે હતી રધરફોર્ડ એટોમિક મોડલ, ગ્રહોની સિસ્ટમની જેમ. તેમના મોડેલ સાથે તેમણે ચાર પોસ્ટ્યુલેટ્સ પ્રસ્તાવિત કર્યા, જેમાંથી એક ઇલેક્ટ્રોનની ભ્રમણકક્ષાના પરિમાણ સાથે સંબંધિત હતું.

આ રીતે, પ્રથમ પ્રયોગોનો હેતુ આ પરિમાણને ચકાસવામાં સમર્થ થવાનો હતો. પ્રથમ પ્રયોગોમાં, પ્રકાશનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, કારણ કે તે સમયે તે જાણીતું હતું કે પ્રકાશ ઊર્જાના જથ્થાનો બનેલો છે. આ કારણોસર, બોહરની એ હકીકત માટે ટીકા કરવામાં આવે છે કે ભ્રમણકક્ષાના પરિમાણીકરણના પરિણામો, અને તેથી, અણુના ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા અવસ્થાઓના પરિમાણનું મૂળ પ્રકાશના પરિમાણમાં જ હતું.

1914 માં, ફ્રેન્ક અને હર્ટ્ઝ, જેઓ અણુઓની આયનીકરણ ઊર્જા પર કામ કરી રહ્યા હતા, તેમણે પારાના અણુના ઊર્જા સ્તરોનો ઉપયોગ કરીને એક પ્રયોગ ઘડી કાઢ્યો. તેના પરીક્ષણમાં કોઈપણ પ્રકાશનો ઉપયોગ કર્યા વિના માત્ર ઈલેક્ટ્રોન અને પારાના અણુઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. આ રીતે બોહરે તેના અણુ મોડેલનું અકાટ્ય નિદર્શન મેળવ્યું.

વ્યવહારમાં હર્ટ્ઝનો પ્રયોગ

શરૂઆતમાં, ઉર્જા સ્તરના પરિમાણને દર્શાવવા માટે, તેઓએ કેથોડ, પોલરાઇઝ્ડ ગ્રીડ અને એનોડથી બનેલા ટ્રાયોડનો ઉપયોગ કર્યો, જે વેક્યૂમ ટ્યુબની અંદર ઇલેક્ટ્રોન બીમ બનાવવા માટે સક્ષમ છે. વાયુની સ્થિતિમાં પારો ધરાવતો .

ત્યારબાદ તેઓ ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા કબજામાં રહેલી ગતિ ઊર્જા અનુસાર એનોડ દ્વારા પ્રાપ્ત પ્રવાહના ફેરફારને માપવા માટે આગળ વધ્યા, અને આ રીતે તેઓ જે ક્ષણે અથડામણ થઈ હતી તે ક્ષણે ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જાની ખોટ કાઢવામાં સક્ષમ હતા.

સામગ્રી

ટ્રાયોડ ગ્રૂપ પારો ધરાવતા કાચના કેપ્સ્યુલમાં સમાયેલું હતું. આ પ્રયોગને જુદા જુદા તાપમાને હાથ ધરવાનું શક્ય છે અને આ પરિણામોને ઓરડાના તાપમાને માપવા સાથે સરખાવવામાં સક્ષમ બનવું મહત્વપૂર્ણ છે, જેમાં પારો પ્રવાહી સ્થિતિમાં હશે.

જ્યારે પારાને 630 K તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે ગેસ બની જાય છે. પરંતુ તે તાપમાન સુધી પહોંચવાનું ટાળવા માટે, કેપ્સ્યુલની અંદર ઓછા દબાણ સાથે કામ કરવું શક્ય છે અને તેને 100 થી 200 °C ની વચ્ચેના તાપમાને ગરમ કરી શકાય છે.

ઇલેક્ટ્રોન કાઢવા માટે અને તમને સંબંધિત ગતિ સુધી પહોંચવા માટે, એક વોલ્ટેજનો ઉપયોગ કરવો આવશ્યક છે જે કેથોડ અને ગ્રીડની વચ્ચે સ્થિત હશે, જે એક પ્રવેગક વોલ્ટેજ હશે, જે ઉત્પન્ન કરશે. રેડિયો તરંગો. એ જ રીતે, ઇલેક્ટ્રોનને ધીમું કરવા માટે, એનોડ અને ગ્રીડની વચ્ચે, વિરુદ્ધ દિશામાં વોલ્ટેજ મૂકવું રસપ્રદ હોઈ શકે છે.

હર્ટ્ઝ પ્રયોગના પરિણામો

માં સમજાવ્યા મુજબ હર્ટ્ઝનું જીવનચરિત્ર, આ પ્રયોગનું પરિણામ એ છે કે એનોડ આઉટપુટ પર મૂકવામાં આવેલા વર્તમાન-વોલ્ટેજ કન્વર્ટરના પરિણામે સંભવિત તફાવત જે રીતે ઇલેક્ટ્રોનમાંથી ઇલેક્ટ્રોનના નિષ્કર્ષણ સંભવિત તફાવતના સંબંધમાં વિકસિત થાય છે તે દર્શાવવાનું શક્ય બનશે. કેથોડ

નીચા સંભવિત તફાવતો મેળવવા માટે, 4,9 V સુધી, ટ્યુબમાંથી વહેતો પ્રવાહ સંભવિત તફાવત સાથે સતત વધે છે. ઉચ્ચ વોલ્ટેજ સાથે ટ્યુબમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર વધે છે અને ઇલેક્ટ્રોન પ્રવેગક ગ્રીડ તરફ વધુ બળ સાથે દોરવામાં આવશે. આ કિસ્સામાં, એવું જોવામાં આવે છે કે 4,9 વોલ્ટ પર, વર્તમાન અચાનક ઘટીને લગભગ શૂન્ય થઈ જાય છે.

જો વોલ્ટેજ સતત વધતું રહેશે તો પ્રવાહ સતત વધશે, જ્યાં સુધી 9.8 વોલ્ટ્સ સુધી પહોંચી ન જાય, જે વપરાયેલ વર્તમાનના પ્રથમ વોલ્યુમ કરતાં બરાબર બમણું છે, અને આપણે જોઈ શકીએ છીએ કે 9.8 વોલ્ટ પર સમાન અચાનક ઘટાડો થાય છે. આશરે 4.9 વોલ્ટના વધારા માટે વર્તમાન ટીપાંની આ શ્રેણી ઓછામાં ઓછા લગભગ 100 વોલ્ટની સંભવિતતાઓને અવલોકનક્ષમ રીતે પકડી રાખશે.

હર્ટ્ઝ પ્રયોગના પરિણામોનું અર્થઘટન

ફ્રેન્ક અને હર્ટ્ઝ સ્થિતિસ્થાપક અથડામણ અને ઈલેક્ટ્રોનની સ્થિતિસ્થાપક અથડામણની સ્થિતિમાં તેમના પ્રયોગો સમજાવવામાં સક્ષમ હતા. ઓછી સંભાવનાઓ પર, ત્વરિત ઇલેક્ટ્રોન માત્ર થોડી માત્રામાં ગતિ ઊર્જા પ્રાપ્ત કરે છે. જ્યારે તેઓ કાચની નળીમાં પારાના અણુઓનો સામનો કરે છે, ત્યારે તેઓએ માત્ર સ્થિતિસ્થાપક અથડામણો કરી હતી.

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સની આગાહીમાં આનું કારણ છે જે દર્શાવે છે કે જ્યાં સુધી અથડામણની ઉર્જા ઉચ્ચ ઊર્જા સ્તર પર કથિત અણુ સાથે બંધાયેલા ઇલેક્ટ્રોનને ઉત્તેજિત કરવા માટે જરૂરી મૂલ્ય કરતાં વધી ન જાય ત્યાં સુધી અણુ કોઈપણ ઊર્જાને શોષવામાં સક્ષમ નથી.

માત્ર સ્થિતિસ્થાપક અથડામણ માટે, સિસ્ટમની અંદર ગતિ ઊર્જાનો સંપૂર્ણ જથ્થો સમાન રહે છે. કારણ કે ઇલેક્ટ્રોન પાસે દળ હોય છે જે ઓછા મોટા અણુઓ કરતાં લગભગ હજાર ગણું હળવા હોય છે, આનો અર્થ એ થાય છે કે મોટાભાગના ઇલેક્ટ્રોન તેમની ગતિ ઊર્જા જાળવી રાખે છે. હર્ટ્ઝ તરંગો. ઉચ્ચ પોટેન્શિયલ્સના પરિણામે ગ્રીડમાંથી એનોડ તરફ વધુ ઇલેક્ટ્રોન લાવવામાં આવ્યા અને પ્રવેગક સંભવિત 4.9 વોલ્ટ સુધી પહોંચે ત્યાં સુધી અવલોકન કરાયેલ વર્તમાનને વધારવામાં પણ સફળ થયા.

પારાના અણુને 4,9 ઇલેક્ટ્રોન વોલ્ટ (eV)ની જરૂર હોય શકે તેવી સૌથી ઓછી ઇલેક્ટ્રોનિક ઉત્તેજના ઊર્જા. એવા કિસ્સામાં જ્યાં પ્રવેગક શક્તિ 4.9 વોલ્ટ સુધી પહોંચી, દરેક મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન ગ્રીડ સુધી પહોંચે ત્યાં સુધીમાં તે તાપમાન પર તેની બાકીની ઊર્જા કરતાં, ગતિ ઊર્જાના બરાબર 4.9 eV શોષી લે છે.

આ કારણોસર, પારા પરમાણુ અને મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન વચ્ચેની અથડામણ તે સમયે અસ્થિર હોઈ શકે છે, એટલે કે, પારો અણુ ધરાવતા ઇલેક્ટ્રોનના ઊર્જા સ્તરને ઉત્તેજિત કરીને મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા સંભવિત ઊર્જામાં ફેરવી શકાય છે. . જ્યારે તેની તમામ ગતિ ઊર્જા નષ્ટ થઈ જાય છે, ત્યારે મુક્ત ઈલેક્ટ્રોન ગ્રાઉન્ડ ઈલેક્ટ્રોડ પરની થોડી નકારાત્મક શક્તિને દૂર કરવામાં અસમર્થ હોય છે, અને વિદ્યુત પ્રવાહ ઝડપથી ઘટી જાય છે.

જ્યારે વોલ્ટેજ વધે છે, ત્યારે ઈલેક્ટ્રોન એક સ્થિતિસ્થાપક અથડામણ બનાવે છે, તેમની 4.9 eV ની ગતિશીલ સંભવિતતા ગુમાવે છે, પરંતુ તે પછી ત્વરિત સ્થિતિમાં રહે છે. આ રીતે, 4.9 V થી શરૂ કરીને જ્યારે પ્રવેગક ક્ષમતા વધે છે ત્યારે માપવામાં આવેલ પ્રવાહ ફરી વધે છે. જ્યારે 9.8 V પર પહોંચી જાય છે, ત્યારે પરિસ્થિતિ ફરીથી બદલાય છે.

તે ક્ષણે, દરેક ઇલેક્ટ્રોન પાસે બે અસ્થિર અથડામણનો ભાગ બનવા માટે જરૂરી ઉર્જા હોય છે, જે બે પારાના અણુઓને ઉત્તેજિત કરવામાં વ્યવસ્થાપિત કરે છે અને પછી તેમની તમામ ગતિ ઊર્જા ગુમાવે છે. આ તે છે જે અવલોકન કરેલ વર્તમાન ઘટાડાને સમજાવે છે. 4.9 વોલ્ટના અંતરાલોમાં, આ પ્રક્રિયા પોતાને પુનરાવર્તિત કરશે, કારણ કે ઇલેક્ટ્રોન વધુ સ્થિર અથડામણનો અનુભવ કરશે.