ne olduğunu biliyor musun hertz deneyi? İlk kez 1914 yılında atomlarda bulunan elektronların enerji seviyelerinin nicelleştirilmesini amaçlayan bilim adamları James Franck ve Gustav Ludwig Hertz tarafından gerçekleştirilen bir çalışmaydı.
Franck ve Hertz deneyi
Hertz'in deneyi, Bohr'un atomun kuantum modelini doğrulayabildi ve atomların yalnızca kuantum adı verilen belirli miktarda enerjiyi absorbe edebildiğini kanıtladı. Bu nedenle, bu kuantum fiziği için temel deneylerden biridir. Bu araştırma için Franck ve Hertz, 1925'te Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.
Tarih, Hertz Kimdi?
1913 yılında Niels Bohr, daha sonra atom adı verilen yeni bir atom modelinin varlığını savundu. Bohr Atom Modelive bir model olarak elektron yörüngelerinin varlığını önerdi. Rutherford Atom Modeli, bir gezegen sistemi gibi. Modeliyle, biri elektronların yörüngelerinin kuantizasyonu ile ilgili olan dört postüla önerdi.
Bu şekilde, ilk deneyler bu nicelemeyi doğrulayabilmeyi amaçladı. İlk deneylerde ışık kullanıldı, çünkü o zamanlar ışığın enerji kuantumlarından oluştuğu biliniyordu. Bu nedenle Bohr, yörüngelerin nicemlenmesinin ve dolayısıyla atomun elektronlarının enerji durumlarının nicemlenmesinin sonuçlarının yalnızca ışığın nicemlenmesinden kaynaklandığı gerçeğiyle eleştirilir.
1914 yılında, atomların iyonlaşma enerjileri üzerinde çalışan Franck ve Hertz, cıva atomunun enerji seviyelerini kullanarak bir deney tasarladılar. Testi, herhangi bir ışık kullanmadan sadece elektronları ve cıva atomlarını kullandı. Bohr böylece atom modelinin reddedilemez kanıtını elde etti.
Hertz'in pratikteki deneyi
İlk başta, enerji seviyelerinin kuantizasyonunu göstermek için, bir katot, bir polarize ızgara ve bir anottan oluşan ve vakumlu bir tüp içinde bir elektron ışını oluşturabilen, gaz halinde cıva içeren bir triyot kullandılar. .
Daha sonra elektronların sahip olduğu kinetik enerjiye göre anot tarafından alınan akımın değişimini ölçmeye başladılar ve böylece çarpışmaların meydana geldiği anda elektronların enerji kaybını çıkarabildiler.
Malzeme
Triyot grubu, cıva içeren bir cam kapsül içinde tutuldu. Bu deneyi farklı sıcaklıklarda yapmak mümkündür ve bu sonuçları cıvanın sıvı halde olacağı oda sıcaklığındaki bir ölçümle karşılaştırabilmek önemlidir.
Cıva 630 K sıcaklığa ısıtıldığında gaz haline gelir. Ancak bu sıcaklığa ulaşmak zorunda kalmamak için kapsül içinde azaltılmış bir basınçla çalışmak mümkündür ve 100 ila 200 °C arasında değişen bir sıcaklığa ısıtılabilir.
Elektronların çekilebilmesi ve sizin ilgili bir hıza ulaşabilmeniz için katot ile şebeke arasına yerleştirilecek, hızlanma gerilimi olacak, üretim yapan bir gerilim kullanılmalıdır. ondas de radyo. Aynı şekilde, elektronları yavaşlatmak için anot ile ızgara arasına ters yönde bir voltaj yerleştirmek ilginç olabilir.
Hertz deneyinin sonuçları
açıklandığı gibi Hertz'in biyografisi, bu deneyin sonucu, anot çıkışına yerleştirilen bir akım-voltaj dönüştürücüsünden kaynaklanacak potansiyel farkının, anot çıkışından elektronların çıkarma potansiyel farkıyla ilişkili olarak evrimleşme şeklini temsil etmenin mümkün olacağıdır. katot.
4,9 V'a kadar düşük potansiyel farkları elde etmek için, tüpten akan akım, artan potansiyel farkla düzenli olarak artar. Daha yüksek voltaj ile tüpteki elektrik alanı artar ve elektronlar ivme ızgarasına doğru daha fazla kuvvetle çekilir. Bu durumda, 4,9 voltta akımın aniden düştüğü, neredeyse sıfıra düştüğü gözlemlenir.
Voltaj artmaya devam ederse, kullanılan akımın tam olarak iki katı olan 9.8 volta ulaşılana kadar akım istikrarlı bir şekilde artacaktır ve 9.8 voltta benzer bir ani düşüşün meydana geldiğini görebiliriz. Yaklaşık 4.9 voltluk artışlar için bu akım düşüşleri serisi, gözlemlenebilir şekilde en az yaklaşık 100 voltluk potansiyelleri tutacaktır.
Hertz deneyinin sonuçlarının yorumlanması
Franck ve Hertz, deneylerini esnek çarpışma ve esnek olmayan elektron çarpışması koşulları altında açıklayabildiler. Düşük potansiyellerde, hızlandırılmış elektronlar yalnızca orta düzeyde bir kinetik enerji elde ettiler. Cam tüpteki cıva atomlarıyla karşılaştıklarında sadece esnek çarpışmalar yaptılar.
Bunun nedeni, bir atomun, çarpışma enerjisi, daha yüksek bir enerji katmanında söz konusu atoma bağlı bir elektronu uyarmak için gereken değeri geçene kadar herhangi bir enerjiyi absorbe edemediğini gösteren kuantum mekaniğinin öngörüsüdür.
Yalnızca esnek çarpışmalar için sistemdeki mutlak kinetik enerji miktarı aynı kalır. Elektronların kütlesi daha az kütleli atomlardan yaklaşık bin kat daha hafif olduğu için, bu, elektronların çoğunun kinetik enerjilerini korudukları anlamına gelir. hertz dalgaları. Daha yüksek potansiyeller, ızgaradan anoda daha fazla elektronun sürülmesiyle sonuçlandı ve ayrıca hızlanma potansiyeli 4.9 volta ulaşana kadar gözlemlenen akımı arttırmayı başardı.
Bir cıva atomunun sahip olabileceği en düşük elektronik uyarma enerjisi için 4,9 elektron volta (eV) ihtiyaç vardır. Hızlanma gücünün 4.9 volta ulaştığı durumda, her bir serbest elektron, şebekeye ulaştığı zaman, o sıcaklıktaki dinlenme enerjisinin üzerinde tam olarak 4.9 eV kinetik enerji emdi.
Bu nedenle, bir cıva atomu ile bir serbest elektron arasındaki çarpışma o anda esnek olmayabilir, yani serbest bir elektronun kinetik enerjisi, bir cıva atomuna sahip bir elektronun enerji seviyesini uyararak potansiyel enerjiye dönüştürülebilir. . Tüm kinetik enerjisi kaybolduğunda, serbest elektron toprak elektrotundaki hafif negatif gücün üstesinden gelemez ve elektrik akımı hızla düşer.
Voltaj arttırıldığında, elektronlar esnek olmayan bir çarpışma oluşturur, 4.9 eV'lik kinetik potansiyellerini kaybederler, ancak daha sonra hızlandırılmış bir durumda kalırlar. Bu şekilde ölçülen akım hızlanma potansiyeli arttırıldığında 4.9 V'tan başlayarak tekrar yükselir. 9.8 V'a ulaşıldığında durum tekrar değişir.
O anda, her elektron, iki cıva atomunu uyarmayı başaran ve ardından tüm kinetik enerjilerini kaybeden iki esnek olmayan çarpışmanın parçası olmak için gerekli enerjiye sahiptir. Gözlenen akım düşüşlerini açıklayan şey budur. 4.9 voltluk aralıklarla, bu prosedür kendini tekrar edecektir çünkü elektronlar daha fazla esnek olmayan bir çarpışma yaşayacaklardır.
