CUPRINS

FIg. 5.10. Caracterictica I-U în experienţa Franck-Hertz.
Se poate observa faptul că intensitatea curentului electric la anod scade periodic, odată cu
creşterea tensiunii electrice. Prima scădere a intensităţii curentului electric se obţine la tensiunea de U 1 =
4,9 V, apoi se repetă şi la tensiuni egale cu multipli de forma:
2·U 1 = 2· 4,9 V, 3·U 1 = 3· 4,9 V, ş. a.
Fiecare scădere a intensităţii curentului electric reprezintă o scădere dramatică a numărului de
electroni ce ajung la anodul tubului. Un electron accelerat la tensiunea U 1 = 4,9 V are o energie cinetică
E c1 = 4,9 eV (1 eV reprezintă un submultiplu al unităţii de măsură a energiei, 1 eV = 1,6 10 -19 J). La
această energie electronul se apropie de anod, dar există posibilitatea de a se ciocni cu unul din atomii de
Hg aflaţi chiar în vecinătatea grilei. Dacă ciocnirea este elastică, atunci atomul de Hg primeşte toată
energia electronului. Fără energie cinetică, electronul nu mai poate trece de grila negativată din faţa
anodului. Cu cât au loc mai multe ciocniri de acest tip în faţa grilei, cu atât mai puţini electroni mai pot
trece spre anod şi curentul scade. Întrebarea care se pune este de ce aceste ciocniri nu pot avea loc
oriunde în tub şi la orice energie a electronilor ? De ce trebuie ca electronul să aibă exact energia
corespunzătoare unei tensiuni de 4,9 V ? Explicaţia rezidă în structura atomilor de Hg. Atomii de mercur
sunt sisteme cuantice, ale căror stări de energie sunt discrete. Un atom nu absoarbe şi nu emite energia
decât în cuante de energie. Cuanta de energie necesară atomului de Hg, pentru a trece din starea
fundamentală într-o stare energetică superioară, este ε = 4,9 eV. De aceea atomul de mercur poate suferi
o ciocnire elastică numai cu un electron care are energia cinetică egală cu cuanta sa de energie, E c1 = ε =
4,9 eV.
Ce se întâmplă la 2·U 1 = 2· 4,9 V ? Sub o tensiune de 2· 4,9 V electronul va fi accelerat astfel: (i)
pe prima jumătate a distanţei dintre catod şi anod, el atinge o energie cinetică E c1 = 4,9 eV şi poate să o
cedeze, prin ciocnire elastică, unui atom de Hg, aflat la jumătatea distanţei catod-anod; (ii) pe a doua
jumătate de drum, electronul este din nou accelerat, astfel încât atinge din nou, în vecinătatea anodului,
energia cinetică E c1 = 4,9 eV, pe care o poate ceda unui alt atom de Hg. Din nou curentul anodic scade,
deoarece electronul respectiv nu mai trece de grilă.
148