Опыты Франка и Герца

Согласно постулатам Бора уровни энергий внутри атома должны принимать дискретные значения.

Изучая методом задерживающего потенциала столкновения электронов с атомами газов, в 1913 году Д.Франк и Г.Герц экспериментально доказали дискретность значений энергии атомов. Принципиальная схема установки Франка и Герца приведена на рис.15. В трубке находились пары ртути при низком давлении (порядка мм рт. ст.). За счет термоэлектронной эмиссии из катода вылетали электроны, которые ускорялись разностью потенциалов, приложенной между катодом и сеткой. Между сеткой и анодом создавалось слабое электрическое поле, тормозившее движение электронов к аноду. Определялась зависимость анодного тока от напряжения между катодом и сеткой. Такая зависимость приведена на рис.16.

Рис.15. Принципиальная схема установки Франка и Герца

Рис.16. Зависимость анодного тока от напряжения между катодом и сеткой

До тех пор пока энергия электронов меньше энергии первого уровня возбуждения атомов ртути, соударения электронов с атомами ртути носят упругий характер. При таких соударениях электроны почти не теряют свою энергию, проскакивают через сетку , и все электроны участвуют в создании анодного тока. Когда же энергия электронов достигает или превосходит энергию первого уровня возбуждения атомов ртути, происходит неупругое соударение. Электроны передают энергию атомам, они возбуждаются, а сами электроны теряют свою энергию. Поэтому резко уменьшается число электронов, проскочивших через сетку и достигших анода . Анодный ток резко падает. При дальнейшем увеличении анодного напряжения энергия электронов также растет и превышает первый уровень энергии возбуждения атомов ртути. Соударения опять становятся упругими, все электроны проскакивают сетку, и анодный ток вновь растет. Растет и энергия электронов. Однако при достижении электронами энергии второго уровня возбуждения атомов ртути соударения становятся неупругими, и опять происходит падение анодного тока. То же происходит и для третьего уровня возбуждения.

Таким образом, эксперимент Франка и Герца показывал, что уровни энергий атомов ртути имеют дискретный характер, что подтверждает постулаты Бора.