#class/Ex-IV #experiment 

Maßgebend hierfür war der Versuch von *James Franck* und *Gustav Hertz*, welcher den beiden Physikern den Nobelpreis 1925 brachte. So schafften sie es die Anregungsenergie von beispielsweise  [[Helium-Atom]] oder Quecksilber zu bestimmen.

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![[Ex4_0423_Franck-Hertz-Verlauf.svg.png]]


Durch Aufheizen dieser werden dabei $\mathbf{e}^-$aus einer Glühwendel ausgelöst. Die negativ geladenen $\mathbf{e}^-$werden in Richtung des Gitters in der Mitte des Aufbaus beschleunigt und erhalten die Energie $E_\text{kin}= eU_G$. Im Folgenden besitzen sie jedoch nicht ausreichend Energie um die Anodenspannung $U_A$ zu überwinden. Die einzige Möglichkeit, dass ein Anodenstrom entsteht ist somit, dass einige der Gasatome durch elastische Stöße mit den $\mathbf{e}^-$Energie aufnehmen und somit angeregt werden.

Eine Abwandlu ng des Versuchsaufbaus wird in dargestellt. Hierbei werden die Elektronen auf eine deutlich höhere $E_\text{kin}$ beschleunigt. Wie bereits aus der Version aus bekannt, können die $\mathbf{e}^-$Energie durch Stöße mit den Gasatomen austauschen. In diesem Fall sinkt ihre Gesamtenergie und nach dem Erreichen der Anode besitzen Sie die kinetische Energie $$E_\text{kin}= e U_A - \Delta E$$ wobei $\Delta E = n E_\text{Ion}$. Ob sie die Endelektrode erreichen hängt davon ab, ob $E_\text{kin}> eU_{AE}$. Es stellt sich heraus, dass die Elektronen nur dann mit den Gasteilchen Energie austauschen können, wenn ihre Energie **genau** der Anregungsenergie des Gases entspricht. Die Energieabgabe an die Gasatome zeigt sich visuell durch die Emission von Licht. Die Energie des emittierten Lichts $E = h \nu$ entspricht der Anregungsenergie des Gases, dies kann unter anderem spektroskopisch nachgewiesen werden.

Solche Stöße sind bei ausreichend hoher Beschleunigungsspannung auch mehrfach möglich wodurch die Stromstärke an der Endelektrode periodisch mit der Beschleunigungsspannung verändert. Die Periodendauer in Volt entspricht direkt der Anregungsenergie des Gases. Für Quecksilber ergeben sich beispielsweise die Anregungsenergien $E_1 = \pu{{4.85} {eV}}$ und $E_2 = \pu{{6.74} {eV}}$. Insgesamt ergibt sich, dass das gedachte "*Planetensystem*" ([[Atommodelle]]) der Elektronen nur bestimmte Energien aufnehmen kann und somit die Emissionslinien Eigenschaften der Atome und nicht der Photonen sind.



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