Franck-Hertz-Versuch

Versuchsaufbau

In einem Glaskolben befindet sich ein Tropfen Quecksilber, der durch Anlegen einer Heizspannung verdampft. Zudem werden im unteren Bereich des Glaskolbens mit Hilfe des Glühelektrischen Effekts Elektronen emittiert und zu einem Gitter beschleunigt. Diese Beschleunigungsspannung wird im Verlauf des Versuchs gleichmäßig erhöht. Die Elektronen gelangen durch das Gitter in ein Gegenfeld mit einer Spannung von 1,5 V zu einer Auffängerelektrode. Auf der x-Achse ist die Spannung aufgetragen, auf der y- Achse die Stromstärke. Zu sehen ist eine Kurve, die in gleichen Abständen Hoch- und Tiefpunkte aufweist. Dabei liegen die Hochpunkte auf einer einhüllenden Sättigungskurve. Die Tiefpunkte steigen dabei nur sehr langsam an. Die Kurve hat bei ca. 1,5 V eine Nullstelle.

 

Auswertung des Versuchs

Die Nullstelle kommt zustande, da die beschleunigten Elektronen die Gegenspannung überwinden müssen. Dazu ist eine mindestens genauso große Beschleunigungsspannung nötig. Die Hochpunkte entstehen, da die Elektronen bei einer bestimmten Energie (Ue = 4,9eV) nicht mehr nur elastische sondern inelastisch mit den Atomen zusammen. Dabei regen sie das Atom an. Hierbei geben sie die komplette Energie an das Atom ab. Sie haben nun nicht mehr genug kinetische Energie um das Gegenfeld zu überwinden. Daher sinkt nach dem Hochpunkt die Stromstärke ab, allerdings nicht komplett, da nicht alle Elektronen einen Stoßpartner treffen. Die Tiefpunkte liegen dabei immer 1,5 V rechts von den Hochpunkten. Die folgenden Maxima entstehen da mit steigender Beschleunigungsspannung im Bereich zwischen Kathode und Gitter mehrere inelastische Stöße möglich werden, da die Elektronen nach einem Stoß erneut auf 4,9 eV beschleunigt werden. Der Franck-Hertz-Versuch beweist somit das Bohrsche Atommodell, da nur diskrete Energien von einem Atom aufgenommen werden können (quantenhafte Absorption). Diese Energiebeträge sind charakteristisch für das betreffende Atom.