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Lexikon Physik

Franck-Hertz-Versuch

Der Franck-Hertz-Versuch (nach James Franck und Gustav Hertz, dem Neffen von Heinrich Hertz) war ein Schlüsselexperiment auf dem Weg zur Quantenphysik. Er wies erstmals die diskreten Energieniveaus in der Atomhülle nach.

Der Aufbau besteht aus einer Triode, also einer Elektronenröhre, die außer der Auffanganode A und einer beheizbaren Glühkathode K noch eine Beschleunigungselektrode B besitzt, die als Gitter ausgeführt ist (Abb.). Die Röhre ist mit Quecksilberdampf gefüllt. Zwischen K und B liegt eine Beschleunigungsspannung UB an, zwischen B und A eine kleine Gegenspannung \(U_\text g\approx 0,5\,\text V\).

Franck-Hertz-Versuch - Abbildung 1

Wenn man UB von 0 langsam von 0 auf einige Volt erhöht, nimmt der Anodenstrom I zunächst stetig zu, bis er bei einer vom Füllgas abhängigen Spannung UA abrupt abnimmt (bei Quecksilber ist UA = 4,9 V). Bei weiterem Anwachsen von UB beobachtet man immer dann, wenn UB ein ganzzahliges Vielfaches von UA beträgt, dass der Anodenstrom plötzlich absinkt (Abb.). Die Erklärung für dieses Absinken liegt in der Anregung von Quecksilberatomen bzw. deren Valenzelektronen aus dem Grundzustand, wofür eine Energie von mindestens 4,9 eV nötig ist. Bei \(U_\text B = n \cdot U_\text A\) können die beschleunigten Elektronen auf dem Weg von K nach B gerade n Hg-Atome in den niedrigsten angeregten Zustand bringen, wonach sie dann nicht mehr genügend Energie haben, um die Gegenspannung Ug zu überwinden.

Franck-Hertz-Versuch - Abbildung 2

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