फ्रँक आणि हर्ट्झ प्रयोगाला भेटा

तुम्हाला माहित आहे काय हर्ट्झ प्रयोग? जेम्स फ्रँक आणि गुस्ताव लुडविग हर्ट्झ या शास्त्रज्ञांनी 1914 मध्ये प्रथमच केलेला हा अभ्यास होता, ज्याचा उद्देश अणूंमध्ये उपस्थित असलेल्या इलेक्ट्रॉनच्या ऊर्जा पातळीचे परिमाण निश्चित करणे हा होता.

फ्रँक आणि हर्ट्झ प्रयोग

हर्ट्झचा प्रयोग बोहरच्या अणूच्या क्वांटम मॉडेलची पुष्टी करण्यात सक्षम होता, हे सिद्ध केले की अणू केवळ क्वांटा नावाच्या विशिष्ट प्रमाणात ऊर्जा शोषण्यास सक्षम आहेत. त्या कारणास्तव, क्वांटम भौतिकशास्त्रासाठी हा एक आवश्यक प्रयोग आहे. या संशोधनासाठी फ्रँक आणि हर्ट्झ यांना १९२५ मध्ये भौतिकशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक देण्यात आले.

इतिहास, हर्ट्झ कोण होता?

1913 मध्ये, नील्स बोहरने अणूच्या नवीन मॉडेलच्या अस्तित्वाची वकिली केली, ज्याला नंतर म्हणतात. बोहर अणु मॉडेल, आणि इलेक्ट्रॉन कक्षाचे अस्तित्व प्रस्तावित केले, ज्याचे मॉडेल होते रदरफोर्ड अणु मॉडेल, अगदी ग्रह प्रणाली प्रमाणे. त्याच्या मॉडेलसह त्याने चार पोस्ट्युलेट्स प्रस्तावित केल्या, त्यापैकी एक इलेक्ट्रॉनच्या कक्षाच्या परिमाणीकरणाशी संबंधित होता.

अशा प्रकारे, पहिल्या प्रयोगांचे उद्दिष्ट हे परिमाणीकरण सत्यापित करण्यात सक्षम होते. पहिल्या प्रयोगांमध्ये, प्रकाशाचा वापर करण्यात आला, कारण त्या वेळी हे ज्ञात होते की प्रकाश हा उर्जेच्या परिमाणाने बनलेला आहे. या कारणास्तव, बोहरवर टीका केली जाते की कक्षाच्या परिमाणीकरणाचे परिणाम आणि म्हणूनच, अणूच्या इलेक्ट्रॉनच्या ऊर्जा अवस्थांचे परिमाणीकरण, त्यांचे मूळ केवळ प्रकाशाच्या परिमाणात होते.

1914 मध्ये, फ्रँक आणि हर्ट्झ, जे अणूंच्या आयनीकरण उर्जेवर काम करत होते, त्यांनी पारा अणूच्या ऊर्जा पातळीचा वापर करून एक प्रयोग तयार केला. त्याच्या चाचणीमध्ये कोणताही प्रकाश न वापरता केवळ इलेक्ट्रॉन आणि पारा अणूंचा वापर केला गेला. अशा प्रकारे बोहरने त्याच्या अणु मॉडेलचे अकाट्य प्रात्यक्षिक प्राप्त केले.

सराव मध्ये हर्ट्झचा प्रयोग

सुरुवातीला, ऊर्जेच्या पातळीचे परिमाण दाखवण्यासाठी, त्यांनी कॅथोड, एक ध्रुवीकृत ग्रिड आणि एक एनोड बनलेला ट्रायोड वापरला, जो व्हॅक्यूम ट्यूबच्या आत इलेक्ट्रॉन बीम तयार करण्यास सक्षम आहे. वायू स्थितीत पारा असलेला .

त्यानंतर त्यांनी इलेक्ट्रॉन्सच्या ताब्यात असलेल्या गतिज उर्जेनुसार एनोडद्वारे प्राप्त झालेल्या विद्युत् प्रवाहातील बदल मोजण्यासाठी पुढे गेले आणि अशा प्रकारे ते ज्या क्षणी टक्कर झाली त्या क्षणी इलेक्ट्रॉनच्या ऊर्जेचे नुकसान काढू शकले.

साहित्य

पारा असलेल्या काचेच्या कॅप्सूलमध्ये ट्रायोड गट समाविष्ट होता. वेगवेगळ्या तापमानांवर हा प्रयोग करणे शक्य आहे आणि या परिणामांची तपमानाच्या मोजमापाशी तुलना करणे महत्त्वाचे आहे, ज्यामध्ये पारा द्रव स्थितीत असेल.

जेव्हा पारा 630 K तापमानाला गरम केला जातो तेव्हा तो वायू बनतो. परंतु त्या तापमानापर्यंत पोहोचू नये म्हणून, कॅप्सूलच्या आत कमी दाबाने काम करणे शक्य आहे आणि ते 100 ते 200 °C च्या दरम्यान असलेल्या तापमानात गरम केले जाऊ शकते.

इलेक्ट्रॉन्स काढण्यासाठी आणि तुम्हाला संबंधित वेगापर्यंत पोहोचण्यासाठी, कॅथोड आणि ग्रिड यांच्यामध्ये स्थित व्होल्टेज वापरणे आवश्यक आहे, जे प्रवेग व्होल्टेज असेल. ondas de रेडिओ. त्याच प्रकारे, इलेक्ट्रॉन्सचा वेग कमी करण्यासाठी एनोड आणि ग्रिड यांच्यामध्ये विरुद्ध दिशेने व्होल्टेज ठेवणे मनोरंजक असू शकते.

हर्ट्झ प्रयोगाचे परिणाम

मध्ये स्पष्ट केल्याप्रमाणे हर्ट्झचे चरित्र, या प्रयोगाचा परिणाम असा आहे की एनोड आउटपुटवर ठेवलेल्या वर्तमान-व्होल्टेज कनव्हर्टरमुळे होणारा संभाव्य फरक ज्या प्रकारे उत्क्रांत होतो, त्यातून इलेक्ट्रॉन्सच्या उत्खननाच्या संभाव्य फरकाच्या संबंधात, त्याचे प्रतिनिधित्व करणे शक्य होईल. कॅथोड

कमी संभाव्य फरक प्राप्त करण्यासाठी, 4,9 V पर्यंत, ट्यूबमधून वाहणारा विद्युत् प्रवाह वाढत्या संभाव्य फरकासह स्थिरपणे वाढतो. जास्त व्होल्टेजमुळे ट्यूबमधील विद्युत क्षेत्र वाढते आणि इलेक्ट्रॉन्स प्रवेग ग्रिडकडे अधिक जोराने खेचले जातील. या प्रकरणात, असे दिसून येते की 4,9 व्होल्ट्सवर, विद्युत् प्रवाह अचानक कमी होतो, जवळजवळ शून्यावर येतो.

व्होल्टेज सतत वाढत राहिल्यास, 9.8 व्होल्ट्सपर्यंत पोहोचेपर्यंत, जो वापरलेल्या करंटच्या पहिल्या व्हॉल्यूमच्या अगदी दुप्पट आहे, आणि आम्ही पाहू शकतो की 9.8 व्होल्ट्सवर अशीच अचानक घट होते. सुमारे 4.9 व्होल्ट्सच्या वाढीसाठी चालू थेंबांची ही मालिका कमीतकमी 100 व्होल्टच्या संभाव्यतेपर्यंत नीट धरून ठेवेल.

हर्ट्झ प्रयोगाच्या परिणामांचे स्पष्टीकरण

फ्रँक आणि हर्ट्झ हे त्यांचे प्रयोग लवचिक टक्कर आणि इलेक्ट्रॉनच्या लवचिक टक्करच्या परिस्थितीत स्पष्ट करण्यास सक्षम होते. कमी संभाव्यतेवर, प्रवेगक इलेक्ट्रॉनांनी केवळ मध्यम प्रमाणात गतीज ऊर्जा प्राप्त केली. जेव्हा त्यांनी काचेच्या नळीतील पाराच्या अणूंचा सामना केला तेव्हा त्यांनी फक्त लवचिक टक्कर दिली.

क्वांटम मेकॅनिक्सच्या अंदाजात असण्याचे त्याचे कारण आहे ज्याने सूचित केले आहे की जोपर्यंत टक्करची उर्जा उच्च उर्जा स्तरावरील अणूला बांधील असलेल्या इलेक्ट्रॉनला उत्तेजित करण्यासाठी आवश्यक मूल्यापेक्षा जास्त होत नाही तोपर्यंत अणू कोणतीही ऊर्जा शोषण्यास सक्षम नाही.

केवळ लवचिक टक्करांसाठी, प्रणालीमधील गतीज उर्जेचे प्रमाण समान राहते. इलेक्ट्रॉनचे वस्तुमान कमी मोठ्या अणूंपेक्षा हजार पटीने हलके असल्यामुळे, याचा अर्थ असा होतो की बहुतेक इलेक्ट्रॉनांनी त्यांची गतिज ऊर्जा टिकवून ठेवली आहे. हर्ट्झ लाटा. उच्च क्षमतांमुळे अधिक इलेक्ट्रॉन ग्रिडमधून एनोडकडे नेण्यात आले आणि प्रवेग क्षमता 4.9 व्होल्टपर्यंत पोहोचेपर्यंत निरीक्षण केलेले विद्युत् प्रवाह वाढवण्यातही यश आले.

पारा अणूला 4,9 इलेक्ट्रॉन व्होल्ट (eV) ची सर्वात कमी इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना उर्जा आवश्यक असते. प्रवेगक शक्ती 4.9 व्होल्टपर्यंत पोहोचलेल्या स्थितीत, प्रत्येक मुक्त इलेक्ट्रॉनने ग्रिडवर पोहोचेपर्यंत, त्या तापमानात त्याच्या उर्वरित उर्जेपेक्षा अचूक 4.9 eV गतीज ऊर्जा शोषली.

या कारणास्तव, पारा अणू आणि मुक्त इलेक्ट्रॉन यांच्यातील टक्कर त्या वेळी लवचिक असू शकते, म्हणजेच, पारा अणू असलेल्या इलेक्ट्रॉनच्या ऊर्जा पातळीला उत्तेजित करून मुक्त इलेक्ट्रॉनची गतिज ऊर्जा संभाव्य उर्जेमध्ये बदलली जाऊ शकते. . जेव्हा त्याची सर्व गतीज ऊर्जा नष्ट होते, तेव्हा मुक्त इलेक्ट्रॉन ग्राउंड इलेक्ट्रोडच्या किंचित नकारात्मक शक्तीवर मात करू शकत नाही आणि विद्युत प्रवाह वेगाने खाली येतो.

जेव्हा व्होल्टेज वाढवले ​​जाते, तेव्हा इलेक्ट्रॉन एक लवचिक टक्कर बनवतात, त्यांची गतीशील क्षमता 4.9 eV गमावतात, परंतु नंतर प्रवेगक स्थितीत राहतात. अशाप्रकारे, 4.9 V पासून सुरू होऊन प्रवेग क्षमता वाढल्यावर मोजला जाणारा प्रवाह पुन्हा वाढतो. जेव्हा 9.8 V वर पोहोचतो, तेव्हा परिस्थिती पुन्हा बदलते.

त्या क्षणी, प्रत्येक इलेक्ट्रॉनमध्ये दोन लवचिक टक्करांचा भाग होण्यासाठी आवश्यक ऊर्जा असते, जी पारा दोन अणूंना उत्तेजित करते आणि नंतर त्यांची सर्व गतिज ऊर्जा गमावते. हे असेच स्पष्ट करते की निरीक्षण केलेले प्रवाह कमी होते. 4.9 व्होल्टच्या अंतरामध्ये, ही प्रक्रिया स्वतःची पुनरावृत्ती होईल, कारण इलेक्ट्रॉन्स आणखी एक लवचिक टक्कर अनुभवणार आहेत.