Esperimento: Esperimento di Franck-Hertz sul mercurio
(230 V, 50/60 Hz)

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Descrizione
Accessori

Focus tematico:_..

• Registrazione e analisi della curva di Franck-Hertz sul mercurio.
• Determinazione dell’intervallo ΔU dei livelli massimi o minimi di corrente.
• Confronto dell’intervallo di tensione con l’energia di eccitazione dell’atomo di mercurio.

Descrizione dell'esperimento:_..

Nell’esperimento di Franck-Hertz sul mercurio si osserva l’emissione di energia degli elettroni attraverso urti anelastici durante l’attraversamento del vapore di mercurio. L’emissione di energia avviene gradualmente, in quanto l’urto provoca una transizione nell’atomo di mercurio. L’esperimento fornisce quindi una conferma del modello atomico di Bohr e della quantizzazione dei livelli energetici atomici.

Osservazione e Interpretazione:_..

In un tubo di vetro evacuato sono disposti uno dietro l’altro un catodo riscaldato C, un reticolo G e un elettrodo del raccoglitore A. Dal catodo escono elettroni che vengono accelerati da una tensione U verso il reticolo. Attraverso il reticolo, gli elettroni raggiungono il raccoglitore e contribuiscono alla corrente del raccoglitore I, se la loro energia cinetica è sufficiente per il superamento della forza controelettromotrice U_GA tra reticolo e raccoglitore. Inoltre, nel tubo di vetro si trova una goccia di mercurio che viene riscaldata a una tensione di vapore di circa 15 hPa.
Con la tensione U aumenta in primo luogo anche la corrente del raccoglitore I, in quanto sempre più elettroni vengono catturati dal campo elettrico crescente derivante dalla nuvola di carica spaziale intorno al catodo. Ad un determinato valore U = U₁ gli elettroni raggiungono tuttavia, poco prima del reticolo, un’energia cinetica sufficiente ad emettere l’energia per eccitare un atomo di mercurio attraverso un urto anelastico. La corrente del raccoglitore diminuisce fino a quasi zero, in quanto dopo un urto gli elettroni non sono più in grado di superare la forza controelettromotrice verso il raccoglitore.
Con l’ulteriore incremento della tensione, gli elettroni raggiungono l’energia necessaria per l’eccitazione per urto di un atomo di mercurio sempre prima del reticolo. Dopo l’urto, vengono di nuovo accelerati e ricevono energia cinetica sufficiente per arrivare al raccoglitore. La corrente del raccoglitore aumenta quindi di nuovo.
In caso di tensione ancora maggiore U = U₂, dopo il primo urto gli elettrodi assorbono una seconda volta l’energia per poter eccitare un secondo atomo di mercurio. La corrente del raccoglitore diminuisce anch’essa drasticamente a questa tensione per riaumentare con l’incremento della tensione, fino a quando torna infine a diminuire drasticamente per una terza volta e altre volte in caso di tensioni ancora maggiori.