Франка - Герца опыт

Франка – Герца опыт, опыт, явившийся экспериментальным доказательством дискретности внутренней энергии атома. Поставлен в 1913 Дж. Франком и Г. Герцем. На рис. 1 приведена схема опыта. К катоду К и сетке C₁ электровакуумной трубки, наполненной парами Hg, прикладывается разность потенциалов V, ускоряющая электроны, и снимается зависимость силы тока I от V. К сетке C₂ и аноду А прикладывается замедляющая разность потенциалов. Ускоренные в области I электроны испытывают соударения с атомами Hg в области II. Если энергия электронов после соударения достаточна для преодоления замедляющего потенциала в области III, то они попадут на анод. Следовательно, показания гальванометра Г зависят от потери электронами энергии при ударе.

  В опыте наблюдался монотонный рост I при увеличении ускоряющего потенциала вплоть до 4,9 в, т. е. электроны с энергией Е < 4,9 эв испытывали упругие соударения с атомами Hg и внутренняя энергия атомов не менялась. При значении V = 4,9 в (и кратных ему значениях 9,8 в, 14,7 в) появлялись резкие спады тока (рис. 2). Это определённым образом указывало на то, что при этих значениях V соударения электронов с атомами носят неупругий характер, т. е. энергия электронов достаточна для возбуждения атомов Hg. При кратных 4,9 эв значениях энергии электроны могут испытывать неупругие столкновения несколько раз. Т. о. было доказано, что энергия атома изменяется не непрерывным образом, а скачкообразно и E = 4,9 эв – наименьшая порция энергии, которая может быть поглощена атомом Hg, находящимся в основном состоянии.

  А. Комптон, повторив (1922–23) Ф. – Г. о., обнаружил, что при V > 4,9 в пары Hg начинают испускать свет с частотой n = DE/h, где DE = 4,9 эв (h – Планка постоянная). Т. о., возбужденные электронным ударом атомы Hg испускают фотон с энергией 4,9 эв и возвращаются в основное состояние.

  Лит.: Шпольский Э. В., Атомная физика, 6 изд., т. 1–2, М., 1974.

  А. В. Колпаков.

Рис. 2. Зависимость силы тока от величины ускоряющего потенциала I(V) в опыте Франка — Герца.

Рис. 1. Схема опыта Франка — Герца. В сосуде Л находятся пары ртути при давлении 1 мм. рт. ст. К — накаливаемый катод, С₁ и С₂ — ускоряющая и замедляющая сетки, А — анод. Ток регистрируется гальванометром Г.