Experimentalphysik III (Atomphysik)
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104 Kapitel 5. Das Atommodell nach Rutherford, Bohr, Sommerfeld<br />
UG<br />
− +<br />
KG A<br />
Gas<br />
+ −<br />
UA<br />
IA<br />
IA<br />
eUionis = Wionis<br />
Uionis<br />
Abb. 5.18: Versuchsanordnung von Lenard; Anodenstrom als Funktion der Gitterspannung UG.<br />
In der ” modernen Sprache“ würde man diese Experimente inelastische Elektronenstreuung<br />
an Atomen unter Ionisation der Atome nennen.<br />
• Im Jahre 1913 führten Franck und Hertz zum ersten Male Experimente durch, die nicht<br />
zur Ionisation, sondern zur Anregung der Atome führten: Inelastische Elektronenstreuung<br />
an Atomen unter Anregung.<br />
K G A<br />
U G<br />
Hg 6 mbar<br />
IA<br />
IA<br />
300<br />
200<br />
100<br />
UA<br />
UG<br />
− + + −<br />
≈ 0.5V 5 10<br />
U∆W 2U∆W 3U∆W<br />
Abb. 5.19: Versuch von Franck und Hertz.<br />
Die Glühelektronen werden durch das Gitter beschleunigt.<br />
Zwischen Anode A und Gitter G liegt eine kleine Gegenspannung UA .AnderAnodewird<br />
der Strom IA als Funktion der Beschleunigungsspannung UG bei fester Gegenspannung UA gemessen.<br />
Ist die Gitterspannung UG klein, so erfolgen elastische Stöße zwischen den Elektronen und<br />
den Hg–Atomen.<br />
Ist UG >UA , so steigt der Strom zunächst mit wachsender Spannung UG an. Bei einem<br />
bestimmten Wert von UG = U∆W ≈ 5V (für Hg) sinkt IA jedoch stark ab. Es erreichen<br />
also plötzlich viel weniger Elektronen die Anode A, und diesen Befund kann man nur so<br />
deuten, daß diese Elektronen ihre kinetische Energie in anregenden Stößen an die Hg–<br />
Atome abgegeben haben. Diese Anregung findet am Ort des Gitters statt. Sie besitzen<br />
nun nicht mehr genügend Energie, um gegen die Gegenspannung von 0.5VoltdieAnodeA zu erreichen. Steigert man die Spannung UG weiter, so steigt die Stromstärke IA wieder<br />
an, bis bei 9.8 Volt erneut ein starker Abfall erfolgt. Bei dieser Spannung können die<br />
Elektronen auf ihrem Weg von K bis G zweimal anregen. Der Ort der unelastischen Stoße<br />
ist dann in der Mitte zwischen Kathode und Gitter, und am Gitter selber.<br />
Die Messung ergab U ∆W =4.89 V =⇒ λ = hc<br />
eU ∆W<br />
=2.537 A<br />
Dies entspricht genau der Wellenlänge λ, die man im optischen Spektrum von Hg als<br />
intensive Linie bei Emission und Absorption beobachtet.<br />
UG
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