การผสมสารสี และแสงสี  ฟิสิกส์ราชมงคล

    

การทดลองของ แฟรงค์ และเฮิรตซ์

 

 


ใบบันทึกผลการทดลอง

กำหนดให้

เลือก Gas  Neon     ,  VF =  5  โวลต์

VG IA
1  
2  
3  
4  
5  
6  
7  
8  
9  
10  

วาดกราฟระหว่าง VG   แกน กับ   IA  แกน y

เลือก Gas  Mercury     ,  VF =  5  โวลต์

VG IA
1  
2  
3  
4  
5  
6  
7  
8  
9  
10  

วาดกราฟระหว่าง VG   แกน กับ   IA  แกน y

 

ทฤษฎี

การทดลองของแฟรงค์และเฮิรตซ์          

          ในปี ค.ศ. 1914 ได้มีการทดลองแสดงให้เห็นว่าสถานะนิ่งที่เป็นค่า ๆ ของอิเล็กตรอนในอะตอม (ตามสมมติฐานของบอร์) นั้นมีอยู่จริง จากการทดลองของแฟรงค์และเฮิรตซ์  รูปล่าง แสดงการจัดเครื่องมือการทดลอง

การจัดเครื่องมือทดลองของแฟรงค์และเฮิรตซ์

          เมื่ออิเล็กตรอนถูกปล่อยออกมาจากไส้หลอดที่ร้อน F จะเคลื่อนที่ไปยังแผ่น P ระหว่าง F และ P มีกริด G กั้นอยู่ อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่จาก F ไป G จะถูกเร่งด้วยความต่างศักย์ V0 แต่เมื่อเคลื่อนที่จาก G ไป P มีศักย์หน่วง (retarding potential) Vr ซึ่งมีค่าเพียงเล็กน้อย อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จาก F ไป P ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าไหล Ip วัดได้ด้วยแอมมิเตอร์ A

          ความเร็วของอิเล็กตรอนหลังจากถูกปล่อยออกมาจาก F และเคลื่อนที่มาถึง G คือ

                                             

เมื่อ  มีค่าเพิ่มขึ้นความเร็วของอิเล็กตรอนมากขึ้นด้วย ในขณะที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่จาก F ไปยัง P จะมีการชนกับอะตอมของธาตุที่อยู่ในสภาพเป็นไอ ซึ่งบรรจุไว้ในหลอดทดลอง ถ้าความเร็วของอิเล็กตรอนต่ำ การชนกันจะไม่สามารถกระตุ้นอะตอมได้ และอิเล็กตรอนเพียงแต่เปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่เท่านั้น ด้วยเหตุนี้อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่มาถึง G จึงมีพลังงานเหลือมากพอที่จะผ่านศักย์หน่วง Vr ไปยัง P ได้ เมื่อ  เพิ่มขึ้น อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปถึง P ได้มากขึ้น ซึ่งเป็นการเพิ่มกระแส Ip ดังแสดงในรูป 8 และต่อมาเพื่อเพิ่ม  จนกระทั่งถึงค่าหนึ่ง อิเล็กตรอนมีพลังงานมากพอที่จะชนกับอะตอมแล้วอะตอมถูกกระตุ้นในกรณีนี้อิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงานเกือบทั้งหมด เมื่ออิเล็กตรอนเหล่านี้เคลื่อนที่ไปถึง G แล้วจะไม่มีพลังงานพอที่จะผ่านศักย์หน่วง Vr ดังนั้นกระแสจะลดลงอย่างรวดเร็ว และต่อมาเมื่อ  เพิ่มขึ้นอีก กระแส Ip จะเพิ่มขึ้นอีกครั้งหนึ่ง

          รูปล่าง เป็นกราฟระหว่าง Ip กับ  สำหรับปรอท ผลต่างระหว่างสถานะกระตุ้นสถานะแรกของปรอทกับสถานะพื้นคือ 4.9 eV ดังนั้นกรณีปรอทเราสามารถคาดคะเนได้ว่ายอดแหลมของกระแส Ip อยู่ที่ 4.9 โวลต์ 2 x 4.9 = 9.8 โวลต์ 3 x 4.9 = 14.7 โวลต์ เป็นต้น ซึ่งเราจะเห็นว่าตรงกับผลการทดลองของ แฟรงค์และเฮิรตซ์ ดังแสดงในรูป ความต่างศักย์ที่คล้องจองกับยอดแหลมของกระแสเรียกว่าศักย์การกระตุ้น (excitation potential)

กราฟระหว่างกระแส Ip และความต่างศักย์

 

          การทดลองดังกล่าวข้างต้นถึงแม้ค่อนข้างหยาบ แต่แสดงว่าสถานะนิ่งเป็นค่าๆ ของอิเล็กตรอนในอะตอมมีอยู่จริง

ตัวอย่าง ในอะตอมโซเดียม ความยาวคลื่นซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงสถานะของอิเล็กตรอนจากสถานะกระตุ้นสถานะแรกไปยังสถานะพื้น คือ 5896 อังสตรอม ที่ความต่างศักย์ค่าใดบ้าง ในการทดลองของแฟรงค์และเฮิรตซ์ที่กระแส Ip มีค่าลดลง


การทดลอง  Frank-hertz   คลิกครับ

 

ครั้งที่

เซ็นสมุดเยี่ยม

เรื่องการทดลองเสมือนจริง