Опыт Франка и Герца

Данный опыт подтвердил существование дискретных уровней энергии атома (1914г.). В разрядной трубке создавали давление паров ртути ~ 1 мм рт. ст. Электроны из термокатода ускорялись к сетке, причем напряжение между К и С можно было плавно регулировать (рис.5.2). Между С и А прикладывали замедляющее напряжение ~ 0,5 В. Исследовали зависимость силы тока в зависимости от . Вначале рос до 4,9 В, после чего начинал уменьшаться до минимума, затем снова возрастал. При этом максимумы силы тока повторялись через 4,9 В (рис.5.3). Это объясняется тем, что атомы ртути в виде пара могут принимать энергию только лишь в виде порций (квантов).

, и т д., где энергии стационарных состояний.

Пока энергия ускоренного электрона меньше, чем , его соударения с атомами ртути носят упругий характер, и энергия электрона не меняется. При этом, чем больше , тем больше скорость электронов и тем большее их число достигает анода, проскакивая через сетку, ток растет. Когда энергия электрона достигает , то электроны передают энергию атомам ртути, и атомы ее принимают, и электроны движутся с меньшей скоростью и число их достигающих анод уменьшается, т.к. потенциал сетки +0,5 и их не пропускает.

это первый потенциал возбуждения атома ртути. Это наименьший квант энергии, поглощаемый атомом ртути в основном состоянии. Т.о., в атоме действительно существуют стационарные состояния (подтверждение 1-го постулата Бора).

Атомы ртути, получившие при соударении с электронами энергию , оказавшись в возбуждённом состоянии, должны вернуться в основное, излучая, согласно 2-му постулату Бора, световой квант с частотой . По известному значению = 4,9эВ можно вычислить длину волны излучения: нм. Опыт действительно обнаруживает подобную линию (подтверждение 2-го постулата Бора).

Например: электрон, имеющий энергию 5,3 эВ, отдает атому ртути 4,7 эВ и имеет энергию 0,4 эВ, а чтобы пройти к аноду нужно не менее 0,5эВ, поэтому он задерживается сеткой. Атомы ртути, получившие энергию, переходят в возбужденное состояние и выходят из него через с, излучая фотон . Имея энергию 9,8 эВ, электрон отдает ее при двух столкновениях атомам ртути. При низком давлении паров электрон может переводить атом ртути во второе возбужденное состояние с энергией 6,7эв.