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Versuchsskizze: (von Markus Feineis, www.wuerzburg.de/gym-fkg/schule/fachber/physik/facharb/feineis/index1.html )
-
Röhre (Triode) mit Neon (oder Quecksilber-Dampf).
- Aus der geheizten Kathode treten Elektronen heraus: (Heizspannung ca. 7 - 8
V).
- Elektronen werden zum Gitter hin beschleunigt: UB (von 0 - 80 V).
- Nach dem Gitter ist ein Gegenfeld eingestellt - UG (ca. 2 - 4 V) -
durch das die Elektronen wieder abgebremst werden. Haben sie weniger Energie als
eUG , so kehren sie wieder zum Gitter zurück.
- Die Anzahl der zur Anode gelangten Elektronen kann an Stromstärke I abgelesen
werden.
Versuchsdurchführung:
Die Beschleunigungsspannung wird von
0 auf 80 V langsam erhöht. Dabei wird die Stromstärke I gemessen: I(UB).
Resultat:
(aus hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/FrHz.html#FHd)
- Die Stromstärke steigt an, dann sinkt sie plötzlich wieder ab, steigt wieder an, fällt dann wieder erneut ab usw.
Erklärung:
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- Elektronen: Energie-Zufuhr durch
UB (bis zu 80 eV) |
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< 18,7 eV: solche Stöße sind nicht möglich, immer mehr Elektronen werden zur Anode beschleunigt è Strom steigt |
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etwas mehr als 18,7 eV: ein Stoß - Restenergie des Elektron ist für Gegenspannung zu klein è Strom sinkt. |
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mehr als 18,7 eV: ein Stoß - Restenergie des Elektron reicht für die Gegenspannung è Strom steigt wieder |
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etwas mehr als 37,4 eV: zwei Stöße ... è Strom sinkt. ... |
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Die angeregten Neon- (Quecksilber) atome kehren nach kurzer Zeit wieder in ihren
Grundzustand zurück und senden dabei Licht (UV-Licht) aus.
- Bei Neon sind beim ersten Maximum eine Leuchtfront, beim zweiten Maximum zwei
Leuchtfronten ... zu sehen. Dort haben die Elektronen jeweils genügend Energie
für den inelastischen Stoß.
Bedeutung des
F-H-Versuches: (Nobelpreis 1925)
-
Weiterer wichtiger Beleg für die Existenz diskreter Energiezustände in der
Elektronenhülle.
- Hüllen-Elektronen absorbieren 18,7 (4.9) eV und springen in eine „äußere
Bahn“ (nach Bohr) bzw. in ein höheres Orbital (Quantenphysik).
- Hüllen-Elektronen emittieren Energie (in Form von Photonen) und springen in
eine „innere Bahn“ bzw. in ein
niedrigeres Orbital zurück.
Aufgabe:
Argon: Absinken der I-U-Kurve nach 11,6 V:
e ∙ U = h ∙ f Þ f = e ∙ U / h = 2,805*1015 Hz
Þ λ = 107 nm Þ UV-Strahlung
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