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Der Frank Hertz Versuch und Röntgen-Emission

Der Frank Hertz Versuch und Röntgen-Emission. Nachweis der Energieaufnahme in diskreten Schritten. Inhalt. Der Frank-Hertz Versuch : Anregung der Atome in diskreten Energie-Schritten Aufbau Versuch Quecksilber-Dampf oder Metall?. 380 nm Violett 7,9 10 14 Hz. 780 nm rot 3,8 10 14 Hz.

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Der Frank Hertz Versuch und Röntgen-Emission

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Presentation Transcript

  1. Der Frank Hertz Versuchund Röntgen-Emission Nachweis der Energieaufnahme in diskreten Schritten

  2. Inhalt • Der Frank-Hertz Versuch: Anregung der Atome in diskreten Energie-Schritten • Aufbau • Versuch • Quecksilber-Dampf oder Metall?

  3. 380 nm Violett 7,9 1014Hz 780 nm rot 3,8 1014Hz Frequenzbereiche der Oszillatoren: IR, Sichtbares Licht, Ultraviolett Technische Schwingkreise Molekül-schwingungen Valenz Elektronen Innere Orbitale Kern-reaktionen

  4. Aufbau der Frank-Hertz Röhre 0 nA -10 10 1,5 V Gegen-spannung 0 Regelbare Gitter-spannung V 9

  5. Kathode, Anoden-Gitter und Beschleunigungs-Spannung Die Gitterspannung beschleunigt die von der Glühkathode emittierten Elektronen 0 nA -10 10 1,5 V Gegen-spannung 0 Regelbare Gitter-spannung V 9

  6. Auffänger-Elektrode Die Elektronen fliegen durch das Gitter und treffen auf die Auffänger-Elektrode 0 nA -10 10 1,5 V Gegen-spannung 0 Regelbare Gitter-spannung V 9

  7. Auffänger-Elektrode und Gegenspannung Eine Gegenspannung von 1,5 V bremst die Elektronen vor der Auffänger-Elektrode 0 nA -10 10 1,5 V Gegen-spannung 3 V 3 V 0 Regelbare Gitter-spannung V 9

  8. Elastischer Stoß mit Hg-Atomen Alle Stöße der Elektronen mit Hg Atomen sind elastisch – es geht keine Energie verloren 0 nA -10 10 1,5 V Gegen-spannung 3 V 3 V 0 Regelbare Gitter-spannung V 9

  9. Inelastischer Stoß mit Hg-Atomen Hg Atome werden bei 6,5 eV angeregt: Inelastische Stöße, den Elektronen geht Energie verloren 0 nA -10 10 1,5 V Gegen-spannung 3 V 6,5 V 0 Regelbare Gitter-spannung V 9

  10. Ein inelastischer Stoß mit Hg-Atomen Trotz inelastischer Stöße liegt die 10 eV Energie der Elektronen über der Gegenspannung 0 nA -10 10 1,5 V Gegen-spannung 3 V 10 V 0 Regelbare Gitter-spannung V 9

  11. Zwei inelastische Stöße mit Hg-Atomen 13 eV genügen für zwei inelastische Stöße, aber die Gegenelektrode wird nicht mehr erreicht 0 nA -10 10 1,5 V Gegen-spannung 3 V 13 V 0 Regelbare Gitter-spannung V 9

  12. Messkurve im Frank-Hertz-Versuch Mit zunehmender Beschleunigungs-spannung U [V] variiert der Strom I [nA] zur Auffängerelektrode: Nach jeder neuen Anregung fällt er wieder ab Quelle: „Versuchsanleitung zum Physikalischen Praktikum“

  13. Umrechnung der Wellenlänge zu Energie in eV Bei Beschleunigungsspannung6,5 V wird Strahlung mitλ = 190 nm emittiert (liegt im UV Bereich des Spektrums)

  14. Zum Aufbau von Hg: Das Periodensystem der Elemente • Link zum Periodensystem: http://www.chemicool.com/

  15. Aufbau des Hg Atoms • Electron configuration: [Xe] 4f14 5d10 6s2 • Die im Atom auf den Schalen dicht gepackten Elektronen bilden ein System „gekoppelter Oszillatoren“: es bilden sich Eigenschwingungen mit charakteristischen Symmetrie-Eigenschaften, den Orbital-Formen • Wie beim Doppelpendel unterscheiden sich die Eigenschwingungen des Systems nur wenig voneinander – • Folge: Die kleine Anregungsenergie von einer s- Schale mit n=6 auf eine benachbarte Schale

  16. Anregung des Hg Atoms durch Elektronen-Stoß mit 6,5 eV E1 E2 = E1 + 6,5 eV Für das schwere Quecksilber mit Z=80 ist das Bohr Modell unzureichend, weil die Kopplung der Elektronen untereinander zu neuen Energie-Zuständen führt. Das Bild zeigt qualitativ die Anregung auf der äußersten Schale

  17. 1 atm 5 10-6 atm 0,5 atm 200 atm 10 atm 50 atm Verbreiterung der Emissionslinien von Hg-Gas durch Kopplung der Atome bei Druck-Erhöhung Zu wenig Stoß-Anregung bei zu niederem Druck Linienverbreiterung durch starke Kopplung zwischen den Elektronen während des Übergangs Kopplung durch Druck erzeugt neben den Linie der freien Atome neue Zustände mit benachbarten Frequenzen Quelle: http://www.lti.uni-karlsruhe.de/rd_download/Plasmastrahlungsquellen_20071207.pdf

  18. Zusammenfassung • Der Frank-Hertz Versuch zeigt die Anregung der Atome in diskreten Energie-Schritten • Quecksilber-Dampf (entsteht bei 170°C) ist erforderlich, um auf der äußersten Schale einen Übergang mit definierter Energie zu beobachten • Bei dichter Packungverbreitern sich die Energie-Niveaus bis zum Kontinuum im Metall

  19. Konstanten , • Link zum Periodensystem: http://www.chemicool.com/ • Link zu Tabellen der Chemie: http://webbook.nist.gov/chemistry/

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