弗兰克赫兹的实验曲线波动的原因是随着电子能量的增加,电子和汞原子交替产生弹性碰撞和非弹性碰撞。峰值表示弹性碰撞。损耗能量小,电流大。超过阈值后,能量显着降低。
当电子的能量是4.9ev的整数倍时,电子能量被大量吸收,因此当电压加到4.9的整数倍时,电子被大量吸收,到达阳极的电子减少,并且电流下降。
例如,当电压为7V时,即使电子损失4.9ev的能量,剩余的能量也可以使其移动,从而使电流更大,等等。
当电压达到9.8V时,两次电子碰撞后,能量消失,阳极不能到达,电流再次达到最小值。
利用原子吸收电子的能量而激发来测量出原子能级的。
当原子刚好吸收电子的能量激发后,电子失去能量从而没有足够的能量到达对面的极板上,于是电流将有一个突降。同样的,当电子的能量是激发能量的n倍时都有一个电流突降点,测出这些突降点的电压差,也就是F-H管的第一激发电位,就可以求出电子损失的能量,从而知道原子的能级差。
1914年,弗兰克(JamesFranck,1882~1964)和赫兹(GustarHertz,1887~1975)在研究中发现电子与原子发生非弹性碰撞时能量的转移是量子化的。他们的精确测定表明,电子与汞原子碰撞时,电子损失的能量严格地保持4.9eV,即汞原子只接收4.9eV的能量。这个事实直接证明了汞原子具有玻尔所设想的那种“完全确定的、互相分立的能量状态”,是对玻尔的原子量子化模型的第一个决定性的证据。由于他们的工作对原子物理学的发展起了重要作用,曾共同获得1925年的物理学诺贝尔奖。在本实验中可观测到电子与汞蒸汽原子碰撞时的能量转移的量子化现象,测量汞原子的第一激发电位,从而加深对原子能级概念的理解。弗兰克-赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据,对玻尔的原子理论是一个有力支持。弗兰克擅长低压气体放电的实验研究。1913年他和G.赫兹在柏林大学合作,研究电离电势和量子理论的关系,用的方法是勒纳德(
P.Lenard
)创造的反向电压法,由此他们得到了一系列气体,例如氦、氖、氢和氧的电离电势。后来他们又特地研究了电子和惰性气体的碰撞特性。(1)温度的微小变化引起的误差;
(2)读数时的视觉误差;(3)仪器自身的误差。开始阶段电流变化不明显,误差可能较大。
弗兰克-赫兹实验在本实验中可观测到电子与汞蒸汽原子碰撞时的能量转移的量子化现象,测量汞原子的第一激发电位,从而加深对原子能级概念的理解。
弗兰克-赫兹实验为能级的存在提供了直接的证据,对玻尔的原子理论是一个有力支持。