Linearer Potentialtopf und Frank-Hertz Versuch - guennet.de

PHYSICS
Lernzettel Nr. 5
o Vergrößert man die Beschleunigungsspannung zwischen Glühwendel und Auffänger,
so ist festzustellen, dass die Diodenkennlinie sich einem Grenzwert annähert.
o Bei niedrigen Beschleunigungsspannungen steigt die Anzahl der registrierten
Elektronen zunächst proportional an.
o Nähern sich die aufgenommenen werte einem festen Wert immer mehr an, so wird
dieser Bereich als Sättigungsbereich bezeichnet, bei dem alle emittierten Elektronen
aufgefangen werden
o
- Den Versuch von Franck und Hertz mit Hg-Füllung beschreiben, auswerten und die Vorgänge
in der Röhre bei unterschiedlichen Beschleunigungsspannungen erläutern.
o Als Versuchsumgebung dient zunächst eine Vakuum-Triode. Diese besteht aus einem
Heizdraht, von dem durch den Glühelektrischen Effekt Elektronen ausgesandt
werden. Diese werden bis zur Mitte in einem elektrischen Feld beschleunigt,
Nachdem sie diese Mittelplatte erreicht haben, werden sie durch eine
Bremsspannung abgebremst.
o Im Vergleich zur Diodenkennlinie tritt der proportionale Bereich erst später ein, da
zunächst die Gegenspannung überwunden werden muss, bevor Elektronen die
hintere Platte erreichen.
o Füllt man die Vakuum-Triode nun
mit Quecksilber und lässt dieses
durch eine Heizung verdampfen, so
erhält man beim Messen der
Stromstärke eine Kurve mit
Bergen und Tälern, die so
ausseht, wie rechts dargestellt
o Zunächst lässt sich feststellen, dass es am Anfang eine Zeitlang keinen Stromfluss
gibt. Dies liegt daran, dass erst die Bremsspannung überwunden werden muss, bevor
die Elektronen an der hinteren Metallplatte ankomme können. Es treten in diesem
Zeitraum noch keine Wechselwirkungen mit den Hg-Atomen auf, da die Energien der
Elektronen zu gering sind, die Hg-Atome anzuregen. Es kommt zum elastischen Stoß,
bei dem keine Energie übertragen wird.
o Ist nun die Bremsspannung überwunden, so gelangen Elektronen bis zur hinteren
Metallplatte, jedoch ist bei einer Beschleunigungsspannung, die nur geringfügig
größer ist als die Bremsspannung, die Beschleunigung der Elektronen zu gering, um
ihnen ausreichend Energie zuzuführen, damit sie ein Hg-Atom anregen können.
o Erst wenn die Beschleunigungsspannung groß genug ist, besitzen sie genug Energie,
ein Elektron des Hg-Atoms in ein höheres Energieniveau zu heben. Dabei geben die
kinetisch angeregten Elektronen ihre Energie ab, werden danach im elektrischen Feld
wieder beschleunigt. Dieser Vorgang lässt sich als Tal im Diagramm beobachten, da
die Elektronen meist nicht mehr über genug kinetische Energie verfügen, die
Bremsspannung zu überwinden und die hintere Latte zu erreichen geringer
Stromfluss.
© Hendrik-Jörn Günther und Stefan Pielsticker
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