Experimento: Experimento con mercurio según Franck y Hertz
(115 V, 50/60 Hz)

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Temas centrales:_..

• Registro y evaluación de la curva del mercurio según el experimento de Franck y Hertz.
• Determinación de la distancia ΔU entre el valor máximo y mínimo de corriente.
• Comparación de la distancia de tensión con la energía de excitación de los átomos de mercurio.

Descripción del experimento:_..

En el experimento de Franck y Hertz con el mercurio, se observa la entrega de energía de los electrones, producida por choques inelásticos, durante su paso a través del mercurio. La entrega de energía se da por etapas, debido a que el choque produce una transmisión de energía a los átomos de mercurio. El experimento constituye, de esta manera, una confirmación del modelo atómico de Bohr y de los niveles de energía del átomo, los cuales se describen en dicho modelo.

Observación e Interpretación:_..

En un tubo de vidrio evacuado se encuentran ordenados, uno tras otro, un cátodo caliente C, una rejilla G y un electrodo colector A. Del cátodo se desprenden electrones y estos se aceleran hacia la rejilla dada la presencia de la tensión U. A través de la rejilla, llegan al colector contribuyendo a aumentar la corriente I del colector si su energía cinética es suficiente para superar la contrapresión U_GA presente entre la rejilla y el colector. Adicionalmente, en un tubo de vidrio se encuentra una gota de mercurio que se calienta con una presión de vapor de aproximadamente 15 hPa.
Si la tensión U aumenta, en primer lugar, se incrementa la corriente I del colector, puesto que, con un campo eléctrico creciente, cada vez más electrones son absorbidos por la nube de carga espacial que rodea el cátodo. No obstante, con un valor determinado de
U = U₁ poco antes de llegar a la rejilla, los electrones ganan suficiente energía cinética, por lo que pueden entregar energía tras el choque inelástico, produciendo la excitación de los átomos de mercurio. La corriente del colector desciende hasta llegar casi a cero, puesto que los electrones, tras un choque, ya no pueden vencer la contrapresión y llegar hasta el colector.
Si la tensión continua incrementándose, los electrones ganan la energía necesaria para que el choque de excitación de los átomos de mercurio se produzca cada vez más lejos de la rejilla. Después del choque, se vuelven a acelerar y cobran suficiente energía cinética como para alcanzar el colector. La corriente del colector vuelve a aumentar.
Con una tensión U = U₂ todavía mayor, los electrones, después del primer choque, entregan una segunda vez una carga de energía capaz de excitar un segundo átomo de mercurio. De igual manera, la corriente del colector decae drásticamente con esta tensión para volver a aumentar si dicha tensión se incrementa, hasta que, finalmente, vuelva a descender una tercera vez y ante tensiones más elevadas, vuelva a descender drásticamente.