Franck-Hertz Franck-Hertz Deneyi Franck-Hertz Deneyi Hakkında Bilgi

Franck-Hertz Franck-Hertz Deneyi Franck-Hertz Deneyi Hakkında Bilgi
Franck-Hertz Franck-Hertz Deneyi Franck-Hertz Deneyi Hakkında Bilgi

FRANCK-HERTZ DENEYİ
DENEY: Havası alınmış bir cam şişe içinde bulunan cıva atomlarından, yaklaşık 0,02 bar basınç altında 200 0C kadar ısıtılmak suretiyle cıva buharı elde edilir

Sıcak katottan salınan elektronlar, katot ile anot arasındaki elektrik alanında ivmelenirler Katotla anot arasında bulunan ağ ile anot arasına yaklaşık 0,5 V'luk bir gerilim ( UG ) bağlanmak suretiyle, bir veya birkaç çarpışma sonucu belli bir değer altında kinetik enerjiye sahip olan elektronların, anota ulaşması engellenmiş olur

Katot ile ağ arasındaki UB ivmelendirici gerilimi artırılırsa, buna bağlı olarak elektronlar daha fazla kinetik enerjiye sahip olacaklardır Elektronların katot ile ağ arasındaki bölgede bir civa atomuyla elastik çarpışmasında herhangi bir enerji kaybı olmaz sadece elektronlar yönlerini değiştirirler

Daha sonra, anoda ulaşan elektronlar sayesinde ampermetrede I akım değeri ölçülür Ancak ivmelendirici gerilim belli bir değere ulaştığında oluşan akım aniden düşer Bu demektir ki; elektronlar sahip oldukları enerjilerinin bir kısmını katot ile anot arasındaki bölgede elastik olmayan çarpışmalar sonucunda kaybetmişlerdir Gerilimi biraz daha artırdığımızda, Şekil 2'de görüldüğü gibi I akımı tekrar artar Bunun nedeni ise; elastik olmayan çarpışmalar sonucunda enerjisini kaybeden elektronların, katot ile anot arasındaki elektrik alanı sayesinde tekrar ivmelenmesidir UB değeri 9,8 V değerine ulaşır ulaşmaz, akım tekrar düşer Gerilimi tekrar artırdığımızda akım yeniden yükselir Şekil 2'deki grafikten, akım maksimumları arasındaki bu farkın 4,9 V olduğu görülür

Şekil 2: Akımın,UB gerilimine bağılılığı

Not: Akım şiddetinin sadece belli bir minimuma inmesi yani sıfır olmaması; atomlarla çarpışan elektronların hız dağılımlarından kaynaklanmaktadır Çünkü, elektronlar katodu terk ettiklerinde her birinin farklı başlangıç hız değeri ve yönü vardır Sonra atomlarla elastik çarpıştıklarında hız değerlerini değiştirmezler ama yönleri değişir Bu yüzden, akım değeri hiçbir zaman sıfır olmaz Ayrıca, deney düzeneğindeki şişeninde, grafikteki eğri üzerine etkisi vardır

Şimdi neden gerilim farkı 4,9 V olduğunda akımın düştüğünü şöyle açıklayabiliriz:

Franck-Hertz deneyinde cıva atomları, elektronların kinetik enerjisi 4,9 eV olduğunda taban ( temel ) enerji düzeyi denilen basamaktan bir üst enerji düzeyine ( uyarılmış enerji düzeyi ) bu enerjiyi alarak geçer

a) b)

Şekil 3: a) Civa atomunun temel düzeyden uyarılmış düzeye geçişi

b) Işık salınması

Bu geçiş için gerekli enerji, elektronlardan sağlanmıştır Uyarılmış düzeye geçen elektronlar kısa bir süre sonra ( yaklaşık 10-8 s ), tekrar eski temel düzeylerine f ( hf = 4,9 eV ) frekansında ışık yayarak dönerler Cıva atomu tarafından elektronlardan başlangıçta alınan enerji, f frekansında ışık olarak ortama salınmıştır ( Şekil 3b ) Elektronlar, enerjilerini bu olayın gerçekleşmesi için verdiklerinde artık anoda ulaşamayacakları için Şekil 2'de görülen akım düşüşleri meydana gelecektir Gerilimi artırmaya devam edersek elektronlar tekrar kinetik enerji kazanacaklar ve bunun sonucunda da akım yeniden yükselmeye başlayacaktır Tekrar gerilim değeri farkı 4,9 eV olduğunda yeniden bu enerji; atomu, temel düzeyden uyarılmış düzeye çıkarmak için harcanacaktır Daha sonra, uyarılmış atom tekrar ışık yayarak temel duruma gelecektir Burada dikkat edersek; atomun uyarılması ancak 4,9 eV değerinde mümkün olmaktadır Bu değerden büyük veya küçük enerji değerlerinde atom herhangi bir reaksiyon göstermemektedir Öyleyse; civa atomunun temel düzeyi ile birinci uyarılma düzeyi arasındaki enerji farkı 4,9 eV'dur ve atomun sahip olduğu enerji düzeyleri ancak belirli değerdedir yani her değeri alamaz, kesiklidir Başka bir deyişle; atomlar kuvantumlu enerji düzeylerine sahiptirler

Enerji düzeyleri, her atom için karakteristik bir özelliktir Örneğin bu deney; helyum gazı ile yapıldığında cıva için 4,9 eV olan değer, 21 eV ; azot gazı ile 2,12 eV ; potasyum gazı ile 1,63 eV bulunur

Sonuç olarak: Atomlar her enerji değerini değil ancak belli bir enerji değerini ( yani sürekli değil kesikli bir değer ) alıp, bu enerjiyi ışıma yoluyla tekrar salarlar Buna göre; söz konusu salınan ışığın frekansı f ( aynı zamanda dalga boyu l ) ile kesikli enerji düzeyleri arasındaki enerji farkı DE arasında:

E = h f = h c / ( 1 )

ilişkisi vardır Burada c, ışık hızıdır ( 3 × 10 8 m/s ) DE , ise absorbsiyon ( soğurma ) veya emisyon ( salma ) enerjisi olarak da değerlendirilebilir