Alam mo ba kung ano ang hertz na eksperimento? Ito ay isang pag-aaral na isinagawa sa unang pagkakataon noong 1914 ng mga siyentipiko na sina James Franck at Gustav Ludwig Hertz, na ang layunin ay itatag ang quantization ng mga antas ng enerhiya ng mga electron na nasa mga atomo.
Eksperimento nina Franck at Hertz
Ang eksperimento ni Hertz ay nagawang kumpirmahin ang modelong quantum ng atom ni Bohr, na nagpapatunay na ang mga atomo ay may kakayahan lamang na sumipsip ng mga tiyak na halaga ng enerhiya na tinatawag na quanta. Para sa kadahilanang iyon, ito ay isa sa mga mahahalagang eksperimento para sa quantum physics. Para sa pananaliksik na ito, sina Franck at Hertz ay ginawaran ng Nobel Prize sa Physics noong 1925.
Kasaysayan, Sino si Hertz?
Noong taong 1913, itinaguyod ni Niels Bohr ang pagkakaroon ng bagong modelo ng atom, na kalaunan ay tinawag na Bohr Atomic Model, at iminungkahi ang pagkakaroon ng mga orbit ng elektron, na nagkaroon bilang modelo ng Rutherford Atomic Model, parang isang planetary system. Sa kanyang modelo ay iminungkahi niya ang apat na postulate, na ang isa ay nauugnay sa quantization ng mga orbit ng mga electron.
Sa ganitong paraan, ang mga unang eksperimento ay naglalayong ma-verify ang quantization na ito. Sa mga unang eksperimento, ginamit ang liwanag, dahil sa oras na iyon ay kilala na ang liwanag ay binubuo ng quanta ng enerhiya. Para sa kadahilanang ito, pinupuna si Bohr sa katotohanan na ang mga resulta ng quantization ng mga orbit, at samakatuwid, ng quantization ng mga estado ng enerhiya ng mga electron ng atom, ay nagmula lamang sa quantization ng liwanag.
Noong 1914, sina Franck at Hertz, na nagtatrabaho sa ionization energies ng mga atomo, ay gumawa ng isang eksperimento gamit ang mga antas ng enerhiya ng mercury atom. Ang kanyang pagsubok ay gumamit lamang ng mga electron at mercury atoms, nang hindi gumagamit ng anumang ilaw. Kaya nakuha ni Bohr ang hindi masasagot na pagpapakita ng kanyang atomic model.
Eksperimento ni Hertz sa pagsasanay
Sa una, upang ipakita ang quantization ng mga antas ng enerhiya, gumamit sila ng triode, na binubuo ng isang cathode, isang polarized grid at isang anode, na may kakayahang lumikha ng isang electron beam sa loob ng isang vacuum tube. na naglalaman ng mercury sa isang gas na estado. .
Pagkatapos ay nagpatuloy sila upang sukatin ang pagbabago ng kasalukuyang natanggap ng anode ayon sa kinetic energy na taglay ng mga electron, at sa gayon ay nagawa nilang matukoy ang pagkawala ng enerhiya ng mga electron sa sandaling naganap ang mga banggaan.
materyal
Ang triode group ay nakapaloob sa loob ng isang glass capsule na naglalaman ng mercury. Posibleng isagawa ang eksperimentong ito sa iba't ibang temperatura at mahalagang maikumpara ang mga resultang ito sa isang pagsukat sa temperatura ng silid, kung saan ang mercury ay nasa likidong estado.
Kapag ang mercury ay pinainit sa temperatura na 630 K, ito ay nagiging gas. Ngunit upang maiwasang maabot ang temperaturang iyon, posibleng magtrabaho nang may pinababang presyon sa loob ng kapsula at maaari itong painitin sa temperatura na nasa pagitan ng 100 at 200 °C.
Para ma-extract ang mga electron at para maabot mo ang isang nauugnay na bilis, dapat gumamit ng boltahe na matatagpuan sa pagitan ng cathode at grid, na magiging isang acceleration voltage, na magbubunga ng onda ng radyo. Sa parehong paraan, maaaring maging kawili-wiling maglagay ng boltahe sa kabaligtaran ng direksyon, sa pagitan ng anode at grid, upang pabagalin ang mga electron.
Ang mga resulta ng eksperimento sa Hertz
Gaya ng ipinaliwanag sa Talambuhay ni Hertz, ang resulta ng eksperimentong ito ay magiging posible na kumatawan sa paraan kung saan nagbabago ang potensyal na pagkakaiba na magreresulta mula sa isang kasalukuyang boltahe na converter na inilagay sa anode na output, na may kaugnayan sa potensyal na pagkakaiba ng pagkuha ng mga electron mula sa katod.
Upang makakuha ng mababang potensyal na pagkakaiba, pababa sa 4,9 V, ang kasalukuyang dumadaloy sa tubo ay patuloy na tumataas sa pagtaas ng potensyal na pagkakaiba. Sa mas mataas na boltahe ang electric field sa tubo ay tumataas at ang mga electron ay iguguhit na may higit na puwersa patungo sa acceleration grid. Sa kasong ito, napagmasdan na sa 4,9 volts, ang kasalukuyang bumababa nang bigla, halos bumalik sa zero.
Ang kasalukuyang ay tataas nang tuluy-tuloy kung ang boltahe ay patuloy na tumaas, hanggang sa maabot ang 9.8 volts, na eksaktong dalawang beses sa unang dami ng kasalukuyang ginamit, at makikita natin na ang isang katulad na biglaang pagbaba ay nangyayari sa 9.8 volts. Ang seryeng ito ng kasalukuyang pagbaba para sa mga pagtaas ng humigit-kumulang 4.9 volts ay kapansin-pansing mananatili hanggang sa mga potensyal na hindi bababa sa humigit-kumulang 100 volts.
Interpretasyon ng mga resulta ng eksperimento sa Hertz
Naipaliwanag nina Franck at Hertz ang kanilang mga eksperimento sa ilalim ng mga kondisyon ng elastic collision at inelastic collision ng mga electron. Sa mababang potensyal, ang pinabilis na mga electron ay nakakuha lamang ng katamtamang halaga ng kinetic energy. Nang harapin nila ang mga mercury atoms sa glass tube, nababanat lang ang mga banggaan nila.
Ito ay may dahilan sa pagiging nasa hula ng quantum mechanics na nagpahiwatig na ang isang atom ay hindi kayang sumipsip ng anumang enerhiya hanggang ang enerhiya ng banggaan ay lumampas sa halaga na kinakailangan upang pukawin ang isang elektron na nakatali sa nasabing atom sa isang mas mataas na layer ng enerhiya.
Para lamang sa nababanat na banggaan, ang ganap na dami ng kinetic energy sa loob ng system ay nananatiling pareho. Dahil ang mga electron ay may mass na halos isang libong beses na mas magaan kaysa sa mas kaunting mga atomo, nangangahulugan ito na karamihan sa mga electron ay nagpapanatili ng kanilang kinetic energy, na nagiging hertz waves. Ang mas mataas na potensyal ay nagresulta sa pagmamaneho ng higit pang mga electron mula sa grid patungo sa anode at nagtagumpay din sa pagtaas ng naobserbahang kasalukuyang, hanggang sa umabot sa 4.9 volts ang potensyal ng acceleration.
Ang pinakamababang electronic excitation energy na maaaring magkaroon ng mercury atom ay nangangailangan ng 4,9 electron volts (eV). Sa kaso kung saan ang accelerating power ay umabot sa 4.9 volts, ang bawat libreng electron ay sumisipsip ng eksaktong 4.9 eV ng kinetic energy, sa itaas ng rest energy nito sa temperaturang iyon, sa oras na umabot ito sa grid.
Para sa kadahilanang ito, ang isang banggaan sa pagitan ng isang mercury atom at isang libreng electron ay maaaring hindi elastiko sa oras na iyon, iyon ay, ang kinetic energy ng isang libreng electron ay maaaring gawing potensyal na enerhiya sa pamamagitan ng kapana-panabik na antas ng enerhiya ng isang electron na mayroong isang mercury atom. . Kapag ang lahat ng kinetic energy nito ay nawala, ang libreng electron ay hindi madaig ang bahagyang negatibong kapangyarihan sa ground electrode, at ang electric current ay mabilis na bumababa.
Kapag ang boltahe ay tumaas, ang mga electron ay bumubuo ng isang hindi nababanat na banggaan, mawawala ang kanilang kinetic na potensyal na 4.9 eV, ngunit pagkatapos ay mananatili sa isang pinabilis na estado. Sa ganitong paraan, ang kasalukuyang nasusukat ay tumataas muli kapag ang potensyal ng acceleration ay tumaas, simula sa 4.9 V. Kapag naabot ang 9.8 V, ang sitwasyon ay nagbabago muli.
Sa sandaling iyon, ang bawat elektron ay may kinakailangang enerhiya upang maging bahagi ng dalawang hindi nababanat na banggaan, na namamahala upang pukawin ang dalawang mercury atoms, at pagkatapos ay mawala ang lahat ng kanilang kinetic energy. Ito ang nagpapaliwanag sa naobserbahang pagbaba ng kasalukuyang. Sa 4.9 volt na pagitan, ang pamamaraang ito ay uulit sa sarili nito, dahil ang mga electron ay makakaranas ng karagdagang hindi nababanat na banggaan.
