Experiência: Experiência de Franck-Hertz com mercúrio
(230 V, 50/60 Hz)

Dúvidas

Descrição
Componentes

Temas centrais:_..

• Registro e análise da curva de Franck-Hertz no mercúrio.
• Determinação da distância ΔU da máxima ou mínima de corrente.
• Comparação da distância de tensão com a energia de excitação dos átomos de mercúrio.

Descrição da experiência:_..

Com a experiência Franck-Hertz com mercúrio pode-se observar a transferência de energia de elétrons através de choque inelástico ao atravessar vapor de mercúrio. A transferência de energia ocorre gradualmente, já que por causa do choque há transferência de energia nos átomos de mercúrio. A experiência fornece assim uma comprovação do modelo atômico de Bohr e do nível de energia discreto nos átomos nele contido.

Observação e Interpretação:_..

Num tubo de vidro evacuado, encontram-se um após o outro, um catodo aquecido C, uma grade G e um eletrodo receptor A. Elétrons escapam do catodo e são acelerados através de uma tensão U em direção à grade. Eles atravessam a grade e chegam ao receptor contribuindo para a corrente I de receptor caso a sua energia cinética seja suficiente para superar a tensão contrária U_GA entre a grade e o receptor. Adicionalmente, encontra-se uma gota de mercúrio no tubo de vidro que é aquecido a uma pressão de vapor de aproximadamente 15 hPa. Com o aumento tensão U também aumenta num primeiro tempo a corrente de receptor I, já que cada vez mais elétrons são absorvidos pelo campo elétrico da nuvem de corrente ambiente em torno de catodo.
Porém, ao atingir um valor determinado U = U₁ os elétrons adquirem suficiente energia cinética logo antes da grade para poder transferir a energia necessária para a excitação de um átomo de mercúrio através dos choques inelásticos. A corrente de receptor cai a quase zero, já que os elétrons após o choque não conseguem mais superar a tensão contrária ao receptor. Ao aumentar ainda mais a tensão, os elétrons adquirem a energia necessária para o choque excitador dos átomos de mercúrio cada vez mais cedo antes da grade. Após o choque eles são novamente acelerados e recebem a energia cinética suficiente para chegar ao receptor. A corrente de receptor aumenta novamente.
Com uma tensão U = U₂ ainda mais alta, os elétrons absorvem pela segunda vez tanta energia após o choque que eles podem excitar um segundo átomo de mercúrio. A corrente de receptor também cai drasticamente com essa tensão, para logo, com o aumento da tensão, voltar a subir até que ela pela terceira vez e com uma tensão ainda maior volte a cair várias vezes.