Doświadczenie Francka-Hertza — skwantowane poziomy

Co się właśnie stało?

Elektrony rozpędzane napięciem U uderzają w atomy rtęci. Dopóki ich energia jest mniejsza niż 4,9 eV, zderzenia są sprężyste — prąd rośnie z U. Gdy energia sięga 4,9 eV, elektron zderza się nieelastycznie: oddaje atomowi dokładnie tę porcję i sam niemal się zatrzymuje — prąd anodowy gwałtownie spada.

Skwantowana porcja energii:

— atom przyjmuje energię tylko w ściśle określonej „paczce". e — ładunek elektronu, ΔU — odstęp napięć między spadkami, ΔE — energia wzbudzenia atomu.

Dlaczego spadki są równo odległe?

Przy większym U elektron zdąży wzbudzić atom kolejny raz — stąd druga, trzecia, czwarta „paczka" strat. Odstęp między spadkami jest stały, bo wciąż chodzi o tę samą porcję energii:

Co to udowodniło?

Gdyby energia atomu była ciągła, prąd rósłby gładko. Równo odległe, powtarzalne spadki dowodzą, że atom ma skwantowane poziomy energetyczne — bezpośrednie potwierdzenie modelu Bohra.

Po co Ci to na maturze:

To sztandarowy dowód kwantowania energii w atomie. Chwyt: równe odstępy spadków = jedna skwantowana porcja ΔE = e·ΔU. Z odstępu napięć policzysz energię wzbudzenia atomu.

Zapamiętaj: równo odległe spadki prądu w lampie Francka-Hertza to podpis skwantowanych poziomów atomu — energia jest przyjmowana tylko porcjami ΔE = e·ΔU.