Expérience: Experience de Franck et Hertz sur le neon
(115 V, 50/60 Hz)

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Description
Composants

Axe thématique :_..

• Enregistrement et évaluation de la courbe de Franck et Hertz sur le néon et observation de l’émission de lumière.
•  Comparaison entre la position des maxima de courant et les énergies d’excitation des atomes de néon.
•  Observation de la lumière émise par les atomes de néon excités.
•  Détermination du nombre de couches lumineuses à différentes tensions d’accélération.

Description de l'expérience :_..

L’expérience de Franck et Hertz sur le néon permet d’observer l’émission d’énergie des électrons après une collision inélastique lors du passage à travers la vapeur de néon. Cette émission est progressive, car les collisions entraînent des transmissions d’énergie caractéristiques dans les atomes de néon. Les atomes excités émettent de la lumière dans la gamme visible.

Observation et Interprétation :_..

Dans un tube en verre sous vide, rempli de néon à une pression de 10 hPa, on trouve successivement une cathode chauffée C, une grille de commande S, une grille G et une électrode A. Des électrons s’échappant par la cathode sont accélérés vers la grille par une tension U. Ils traversent la grille et contribuent au courant I lorsque leur énergie cinétique suffit à surmonter la contre-tension U_GA entre la grille et la plaque.
La caractéristique I(U) est similaire à celle de l’expérience de Franck et Hertz sur le mercure, mais à des intervalles de tension d’environ 19 V. En d’autres termes, le courant de plaque chute pratiquement à zéro à une certaine valeur U = U₁, car, par la collision inélastique, les électrons atteignent juste avant la grille suffisamment d’énergie cinétique pour céder l’énergie requise à l’excitation d’un atome de néon. En même temps, on observe à proximité de la grille une lumière rouge-orange, car l’une des transitions des atomes de néon de relaxation émet une lumière de cette couleur. La zone lumineuse se déplace vers la cathode au fur et à mesure qu’augmente la tension U, en même temps le courant de plaque I augmente à nouveau.
Si la tension U = U₂ est encore plus élevée, le courant de plaque chute fortement et l’on observe deux zones lumineuses : l’une au milieu, entre la cathode et la grille, et l’autre directement à hauteur de la grille. Les électrons prennent une deuxième fois une telle quantité d’énergie après la première collision qu’ils peuvent exciter un deuxième atome de néon. Au fur et à mesure que les tensions continuent à augmenter, on peut observer une diminution du courant de plaque et d’autres couches lumineuses.