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Franck-Hertz-VersuchZoomA-Z

Fachgebiet - Quantenphysik

Mit Hilfe dieses Versuches von James Franck und Gustav Ludwig Hertz konnte 1913 zum ersten Mal durch ein quantenphysikalisches Experiment nachgewiesen werden, dass die Energieabgabe von Atomen nur gequantelt erfolgen kann. Damit wurde dieser Aspekt des Bohr'sches Atommodell bestätigt. Für diesen Versuch wurde ihnen der Nobelpreis verliehen.

Elektronen werden beim Austritt aus einer Glühkathode durch ein elektrisches Feld auf ein Gitter beschleunigt. Nach dem Gitter werden die Elektronen durch ein Gegenfeld einer Anode abgebremst. Glühspannung ung Gegenspannung werden konstant gehalten, während die Beschleunigungsspannung stetig gesteigert wird.

Auf dem Weg zum Gitter stoßen die Elektronen auf Quecksilber- oder Neon-Gasteilchen. Wenn die kinetische Energie der Elektronen der Anregungsenergie der Gasteilchen entspricht, werden diese angeregt, gehen aber unter Emission von Lichtenergie sofort wieder in den Grundzustand. Diese Elektronen erreichen die Anode nicht, da ihre kinetische Energie nicht mehr ausreicht, das Gegenfeld zu überwinden.

Wird der Anodenstrom in Abhängigkeit von angelegter Spannung oder Energie aufgezeichnet, wird eine ansteigende Kurve mit Maxima und Minima erhalten. Die Maxima der Stromspannungskurve entsprechen ganzzahligen Vielfachen der Anregungsenergie der Gasteilchen, ab der immer mehr Gasteilchen angeregt werden. Durch den Verlust an Energie erreichen bis zum Kurvenminimum immer weniger Elektronen die Anode, d.h. der Strom sinkt. Da aber die Beschleunnigungsspannung gesteigert wird, erreichen bis zum nächsten Maximum wieder mehr Elektronen die Anode, d.h. der Strom steigt.

Das Besondere an diesem Ergebnis ist, dass die Elektronen eine kinetische Mindestenergie benötigen, um die Gasatome anregen zu können. Daran ist eine Energiequantelung erkennbar, weil immer nur ein bestimmter, fester Energiebetrag übertragen werden kann.

Siehe auch: Quant