मिलिए फ्रेंक और हर्ट्ज़ प्रयोग

क्या आप जानते हैं कि हर्ट्ज़ प्रयोग? यह पहली बार 1914 में वैज्ञानिकों जेम्स फ्रैंक और गुस्ताव लुडविग हर्ट्ज द्वारा किया गया एक अध्ययन था, जिसका उद्देश्य परमाणुओं में मौजूद इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तरों का परिमाणीकरण स्थापित करना था।

फ्रैंक और हर्ट्ज़ प्रयोग

हर्ट्ज़ का प्रयोग परमाणु के बोहर के क्वांटम मॉडल की पुष्टि करने में सक्षम था, यह साबित करते हुए कि परमाणु केवल क्वांटा नामक विशिष्ट मात्रा में ऊर्जा को अवशोषित करने में सक्षम थे। इस कारण से, यह क्वांटम भौतिकी के लिए आवश्यक प्रयोगों में से एक है। इस शोध के लिए फ्रेंक और हर्ट्ज़ को 1925 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

इतिहास, हर्ट्ज़ कौन था?

वर्ष 1913 में, नील्स बोहर ने परमाणु के एक नए मॉडल के अस्तित्व की वकालत की, जिसे बाद में कहा गया बोहर परमाणु मॉडल, और इलेक्ट्रॉन कक्षाओं के अस्तित्व का प्रस्ताव दिया, जो एक मॉडल के रूप में था रदरफोर्ड परमाणु मॉडल, एक ग्रह प्रणाली की तरह। अपने मॉडल के साथ उन्होंने चार अभिधारणाओं का प्रस्ताव रखा, जिनमें से एक इलेक्ट्रॉनों की कक्षाओं के परिमाणीकरण से संबंधित थी।

इस तरह, पहले प्रयोगों का उद्देश्य इस परिमाणीकरण को सत्यापित करने में सक्षम होना था। पहले प्रयोगों में प्रकाश का उपयोग किया गया था, क्योंकि उस समय यह ज्ञात था कि प्रकाश ऊर्जा के क्वांटा से बना होता है। इस कारण से, बोहर की इस तथ्य के लिए आलोचना की जाती है कि कक्षाओं के परिमाणीकरण के परिणाम, और इसलिए, परमाणु के इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा अवस्थाओं के परिमाणीकरण की उत्पत्ति केवल प्रकाश के परिमाणीकरण में हुई थी।

1914 में, फ्रेंक और हर्ट्ज़, जो परमाणुओं की आयनीकरण ऊर्जा पर काम कर रहे थे, ने पारा परमाणु के ऊर्जा स्तरों का उपयोग करके एक प्रयोग तैयार किया। उनके परीक्षण में बिना किसी प्रकाश का उपयोग किए, केवल इलेक्ट्रॉनों और पारा परमाणुओं का उपयोग किया गया था। इस प्रकार बोहर ने अपने परमाणु मॉडल का अकाट्य प्रदर्शन प्राप्त किया।

व्यवहार में हर्ट्ज का प्रयोग

सबसे पहले, ऊर्जा स्तरों के परिमाणीकरण को प्रदर्शित करने के लिए, उन्होंने एक कैथोड, एक ध्रुवीकृत ग्रिड और एक एनोड से बना एक ट्रायोड का उपयोग किया, जो एक वैक्यूम ट्यूब के अंदर एक इलेक्ट्रॉन बीम बनाने में सक्षम है। एक गैसीय अवस्था में पारा युक्त .

फिर वे इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्राप्त गतिज ऊर्जा के अनुसार एनोड द्वारा प्राप्त धारा के संशोधन को मापने के लिए आगे बढ़े, और इस प्रकार वे उस समय इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा के नुकसान को कम करने में सक्षम थे जिसमें टकराव हुआ था।

सामग्री

ट्रायोड समूह पारा युक्त एक गिलास कैप्सूल के भीतर समाहित था। इस प्रयोग को विभिन्न तापमानों पर करना संभव है और इन परिणामों की तुलना कमरे के तापमान पर माप के साथ करने में सक्षम होना महत्वपूर्ण है, जिसमें पारा तरल अवस्था में होगा।

जब पारा को 630 K के तापमान पर गर्म किया जाता है, तो यह गैस बन जाता है। लेकिन उस तापमान तक पहुंचने से बचने के लिए, कैप्सूल के अंदर कम दबाव के साथ काम करना संभव है और इसे 100 और 200 डिग्री सेल्सियस के बीच के तापमान तक गर्म किया जा सकता है।

इलेक्ट्रॉनों को निकालने के लिए और आपके लिए एक प्रासंगिक गति तक पहुंचने के लिए, एक वोल्टेज का उपयोग किया जाना चाहिए जो कैथोड और ग्रिड के बीच स्थित होगा, जो एक त्वरण वोल्टेज होगा, जो उत्पादन करेगा ओन्डास डी रेडियो। उसी तरह, इलेक्ट्रॉनों को धीमा करने के लिए, एनोड और ग्रिड के बीच विपरीत दिशा में वोल्टेज रखना दिलचस्प हो सकता है।

हर्ट्ज़ प्रयोग के परिणाम

जैसा कि में बताया गया है हर्ट्ज़ की जीवनी, इस प्रयोग का परिणाम यह है कि उस तरीके का प्रतिनिधित्व करना संभव होगा जिसमें एनोड आउटपुट पर रखे गए वर्तमान-वोल्टेज कनवर्टर के परिणामस्वरूप संभावित अंतर विकसित होता है, जो इलेक्ट्रॉनों के निष्कर्षण संभावित अंतर के संबंध में विकसित होता है। कैथोड

कम संभावित अंतर प्राप्त करने के लिए, 4,9 V तक, ट्यूब के माध्यम से बहने वाली धारा बढ़ते संभावित अंतर के साथ लगातार बढ़ती जाती है। उच्च वोल्टेज के साथ ट्यूब में विद्युत क्षेत्र बढ़ता है और इलेक्ट्रॉनों को त्वरण ग्रिड की ओर अधिक बल के साथ खींचा जाएगा। इस मामले में, यह देखा गया है कि 4,9 वोल्ट पर, करंट अचानक गिर जाता है, लगभग शून्य पर वापस आ जाता है।

यदि 9.8 वोल्ट तक वोल्टेज में वृद्धि जारी रहती है, तो करंट लगातार बढ़ेगा, जो कि इस्तेमाल किए गए करंट की पहली मात्रा का दोगुना है, और हम देख सकते हैं कि इसी तरह की अचानक गिरावट 9.8 वोल्ट पर होती है। लगभग 4.9 वोल्ट की वृद्धि के लिए वर्तमान बूंदों की यह श्रृंखला कम से कम लगभग 100 वोल्ट की क्षमता तक कम हो जाएगी।

हर्ट्ज़ प्रयोग के परिणामों की व्याख्या

फ़्रैंक और हर्ट्ज़ अपने प्रयोगों को लोचदार टकराव और इलेक्ट्रॉनों की अकुशल टक्कर की शर्तों के तहत समझाने में सक्षम थे। कम क्षमता पर, त्वरित इलेक्ट्रॉनों ने केवल मध्यम मात्रा में गतिज ऊर्जा प्राप्त की। जब उन्होंने कांच की नली में पारा परमाणुओं का सामना किया, तो उन्होंने केवल लोचदार टक्कर की।

क्वांटम यांत्रिकी की भविष्यवाणी में होने का इसका कारण यह है कि एक परमाणु किसी भी ऊर्जा को अवशोषित करने में सक्षम नहीं है जब तक कि टकराव की ऊर्जा एक उच्च ऊर्जा परत पर परमाणु के लिए बाध्य इलेक्ट्रॉन को उत्तेजित करने के लिए आवश्यक मूल्य से अधिक न हो।

केवल लोचदार टकराव के लिए, सिस्टम के भीतर गतिज ऊर्जा की पूर्ण मात्रा समान रहती है। चूंकि इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान कम द्रव्यमान वाले परमाणुओं की तुलना में लगभग एक हजार गुना हल्का होता है, इसका मतलब यह है कि अधिकांश इलेक्ट्रॉनों ने अपनी गतिज ऊर्जा को बरकरार रखा है। हर्ट्ज़ तरंगें. उच्च क्षमता के परिणामस्वरूप ग्रिड से अधिक इलेक्ट्रॉनों को एनोड तक ले जाया गया और प्रेक्षित धारा को बढ़ाने में भी सफल रहा, जब तक कि त्वरण क्षमता 4.9 वोल्ट तक नहीं पहुंच गई।

सबसे कम इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना ऊर्जा एक पारा परमाणु को 4,9 इलेक्ट्रॉन वोल्ट (ईवी) की आवश्यकता हो सकती है। उस स्थिति में जहां त्वरण शक्ति 4.9 वोल्ट तक पहुंच गई, प्रत्येक मुक्त इलेक्ट्रॉन उस तापमान पर अपनी बाकी ऊर्जा से ऊपर, गतिज ऊर्जा के ठीक 4.9 eV को अवशोषित कर लेता है, जब तक वह ग्रिड तक पहुंच जाता है।

इस कारण से, एक पारा परमाणु और एक मुक्त इलेक्ट्रॉन के बीच टकराव उस समय अकुशल हो सकता है, अर्थात, एक मुक्त इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा को एक इलेक्ट्रॉन के ऊर्जा स्तर को उत्तेजित करके संभावित ऊर्जा में बदला जा सकता है जिसमें एक पारा परमाणु होता है . जब इसकी सारी गतिज ऊर्जा समाप्त हो जाती है, तो मुक्त इलेक्ट्रॉन ग्राउंड इलेक्ट्रोड पर थोड़ी नकारात्मक शक्ति को दूर करने में असमर्थ होता है, और विद्युत प्रवाह तेजी से गिरता है।

जब वोल्टेज बढ़ा दिया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन एक अकुशल टक्कर बनाते हैं, अपनी गतिज क्षमता 4.9 eV खो देते हैं, लेकिन फिर एक त्वरित अवस्था में रहते हैं। इस प्रकार, मापी गई धारा 4.9 V से शुरू होकर त्वरण विभव को बढ़ाने पर फिर से ऊपर उठती है। जब 9.8 V तक पहुँच जाता है, तो स्थिति फिर से बदल जाती है।

उस समय, प्रत्येक इलेक्ट्रॉन में दो अकुशल टकरावों का हिस्सा बनने के लिए आवश्यक ऊर्जा होती है, जो दो पारा परमाणुओं को उत्तेजित करने का प्रबंधन करती है, और फिर अपनी सभी गतिज ऊर्जा खो देती है। यह वही है जो बताता है कि मनाया गया करंट घटता है। 4.9 वोल्ट के अंतराल में, यह प्रक्रिया खुद को दोहराएगी, क्योंकि इलेक्ट्रॉनों को एक और अकुशल टक्कर का अनुभव होने वाला है।