Experimentalphysik III (Atomphysik)

5.8. Anregung von Atomen durch Elektronenstoß 105
• Franck, Knipping und Einsporn haben 1920 die Versuchsanordnung verbessert: Durch
Trennung von Beschleunigungs– und Anregungsraum und durch indirekte Heizung erreicht
man eine größere Homogenität der Energien der beteiligten Elektronen und somit eine
Verbesserung des Auflösungsvermögens für den Energieverlust der Elektronen. Mit dieser
verfeinerten Meßanordnung zeigen sich in der Spannungskurve eine Vielzahl von Strukturen.
Diese entsprechen weiteren Anregungsstufen des Atoms.
Zum Versuchsaufbau: Sie verlegten gemäß Abbildung 5.20 die Elektronenbeschleunigung
auf die kurze Wegstrecke K, G 1 und unterdrückten durch Arbeiten bei sehr niedrigem
Gasdruck weitgehend alle anregenden Stöße. Im Gegensatz zu Abbildung 5.19 arbeitet
man hier im Stoßraum G 1 ,G 2 nur mit sehr langsam zunehmender Energie. Mit diesem
verbesserten Versuchsaufbau war es nun möglich, eine verfeinerte Kurve (vgl. Abbildung
5.20) aufzunehmen. Unter den so gefundenen Hg–Energieniveaus befinden sich bei 4.68 eV
und bei 5.29 eV solche, deren Übergänge im Grundzustand nicht beobachtet und deshalb
als ” verboten“ bezeichnet werden. Solche Energiezustände nennt man auch metastabil,
weil sie nicht durch Strahlung in tiefere Zustände übergehen, sondern eine größere Lebensdauer
besitzen. Die Auswahlregeln für Stoßanregung von Atomen sind offensichtlich nicht
identisch mit denjenigen für optische Anregungen.
K
indirekte
Heizung
U G
G 1
Hg
G 2 A
U A
I A
I A
4.68
4.90
5.29
5.78
Abb. 5.20: Verbesserte Versuchsanordnung von Franck, Kripping und Einsporn.
Abb. 5.21: Hg–Termschema.
6.72
Damit war nachgewiesen, daß Atome diskrete Energieniveaus
besitzen, die sich durch einen Elektronenstoß anregen
lassen. Diese Elektronenstoß–Versuche sind damit eine
ausgezeichnete Bestätigung der Bohrschen Theorie. Auch
der direkte Nachweis, daß die angeregten Zustände unter
Emission von Licht wieder zerfallen, gelang Franck und
Einsporn, indem sie die Licht ( = UV–) Quanten per Photoeffekt
an einer Photokathode nachwiesen:
Dabei sahen sie auch die metastabilen Zustände, die zwar kein Licht emittierten, aber ihre
Energie an die Photokathode abgaben, die Sekundärelektronen emittiert.
U G