ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
7
0.0 4.9 9.8 14.7
I
U,B
Рис. 4. Зависимость силы тока I в цепи анода
от напряжения между катодом и сеткой U
До тех пор, пока энергия электрона меньше
∆
E
1
, соударения
между электроном и атомом ртути носят упругий характер, причем,
поскольку масса электрона во много раз меньше массы атома ртути,
энергия электрона при столкновениях практически не изменяется.
Часть электронов попадает на сетку, остальные, пройдя задержи-
вающий потенциал, достигают анода, замыкая ток в цепи гальвано-
метра G. Когда энергия, накапливаемая электронами
в промежутке
катод – сетка, достигает значения
∆
E
1
, соударения перестают быть
упругими – электроны теряют энергию, равную
∆
E
1
в неупругих
процессах. Поэтому доля электронов, преодолевающих потенциаль-
ный барьер, сократится, вследствие чего наблюдается снижение
анодного тока.
При напряжении, превышающем 9.8 B, электрон может дваж-
ды претерпеть неупругое соударение с атомами ртути, теряя при
этом энергию, кратную потенциалу возбуждения, вследствие чего
сила тока I снова начнет уменьшаться и т. д. Надо
заметить, что для
преодоления задерживающего поля имеет значение не полная ско-
рость электрона, а только его продольная составляющая, т. е. вдоль
8
поля. А эта составляющая меняется при упругих столкновениях,
сохраняется только полная скорость. Все это ведет к сглаживанию
кривой I=I(V). Этим же объясняется, почему максимумы на кривой
не точно при энергии
∆
E
1
, достаточной для возбуждения атома, а
несколько меньшей. Наличие контактной разности потенциалов ме-
жду электродами искажает показания вольтметра V, смещая всю
кривую I=I(V) вправо или влево. Однако контактная разность по-
тенциалов исключается, если величину
∆
E
1
определять по расстоя-
нию между соседними максимумами тока I=I(V).
Таким образом, в опытах Франка и Герца непосредственно
обнаруживается наличие у атомов дискретных энергетических
уровней.
Описание установки
Принципиальная схема экспериментальной установки изо-
бражена на рис. 5. Внешний вид передней панели прибора показан
на рис. 6.
В опыте используется серийная лампа ПМИ-2, заполненная
гелием при давлении ∼1 мм рт. ст. Источником электронов является
вольфрамовый катод, нагреваемый постоянным током. Напряжение
накала подается от стабилизированного источника питания, измеря-
ется вольтметром V
1
и регулируется потенциометром R
1
в интервале
от 0 до 12 В.
Схема может работать в двух режимах: статическом и дина-
мическом. Переключение режимов работы осуществляется тумбле-
ром Т. В статическом режиме разность потенциалов между катодом
и анодом постоянна, но может регулироваться потенциометром R
2
в
интервале от 0 до 80 В.
В динамическом режиме между катодом и анодом существует
переменное напряжение частотой 50 Гц, амплитуда которого регу-
лируется тем же потенциометром, что и в статическом режиме. Ди-
намический режим предназначен для наблюдения на экране осцил-
лографа зависимости тока коллектора от разности потенциалов ме-
жду
катодом и анодом. Статический режим предназначен для сня-
тия этой зависимости по точкам. В этом случае напряжение между
поля. А эта составляющая меняется при упругих столкновениях,
I сохраняется только полная скорость. Все это ведет к сглаживанию
кривой I=I(V). Этим же объясняется, почему максимумы на кривой
не точно при энергии ∆E1, достаточной для возбуждения атома, а
несколько меньшей. Наличие контактной разности потенциалов ме-
жду электродами искажает показания вольтметра V, смещая всю
кривую I=I(V) вправо или влево. Однако контактная разность по-
тенциалов исключается, если величину ∆E1 определять по расстоя-
нию между соседними максимумами тока I=I(V).
Таким образом, в опытах Франка и Герца непосредственно
обнаруживается наличие у атомов дискретных энергетических
уровней.
0.0 4.9 9.8 14.7 U,B
Рис. 4. Зависимость силы тока I в цепи анода Описание установки
от напряжения между катодом и сеткой U Принципиальная схема экспериментальной установки изо-
бражена на рис. 5. Внешний вид передней панели прибора показан
До тех пор, пока энергия электрона меньше ∆E1, соударения на рис. 6.
между электроном и атомом ртути носят упругий характер, причем, В опыте используется серийная лампа ПМИ-2, заполненная
поскольку масса электрона во много раз меньше массы атома ртути, гелием при давлении ∼1 мм рт. ст. Источником электронов является
энергия электрона при столкновениях практически не изменяется. вольфрамовый катод, нагреваемый постоянным током. Напряжение
Часть электронов попадает на сетку, остальные, пройдя задержи- накала подается от стабилизированного источника питания, измеря-
вающий потенциал, достигают анода, замыкая ток в цепи гальвано- ется вольтметром V1 и регулируется потенциометром R1 в интервале
метра G. Когда энергия, накапливаемая электронами в промежутке от 0 до 12 В.
катод – сетка, достигает значения ∆E1, соударения перестают быть Схема может работать в двух режимах: статическом и дина-
упругими – электроны теряют энергию, равную ∆E1 в неупругих мическом. Переключение режимов работы осуществляется тумбле-
процессах. Поэтому доля электронов, преодолевающих потенциаль- ром Т. В статическом режиме разность потенциалов между катодом
ный барьер, сократится, вследствие чего наблюдается снижение и анодом постоянна, но может регулироваться потенциометром R2 в
анодного тока. интервале от 0 до 80 В.
При напряжении, превышающем 9.8 B, электрон может дваж- В динамическом режиме между катодом и анодом существует
ды претерпеть неупругое соударение с атомами ртути, теряя при переменное напряжение частотой 50 Гц, амплитуда которого регу-
этом энергию, кратную потенциалу возбуждения, вследствие чего лируется тем же потенциометром, что и в статическом режиме. Ди-
сила тока I снова начнет уменьшаться и т. д. Надо заметить, что для намический режим предназначен для наблюдения на экране осцил-
преодоления задерживающего поля имеет значение не полная ско- лографа зависимости тока коллектора от разности потенциалов ме-
рость электрона, а только его продольная составляющая, т. е. вдоль жду катодом и анодом. Статический режим предназначен для сня-
тия этой зависимости по точкам. В этом случае напряжение между
7 8
