Quantenphysik - Franck-Hertz < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
|
| Status: |
(Frage) beantwortet  | | Datum: | 11:51 So 22.03.2009 | | Autor: | fiktiv |
| Aufgabe 1 | | Bei der Kolbentemperatur 170°C erhält man drei ausgeprägte Maxima und Minima, dann folgt die Gasentladung. Bei 250°C gibt es bei niedriger Beschleunigungsspannung kaum meßbare Ströme, aber ab [mm] U_{b} [/mm] = 30V sieben "Schwingungen" mit der folgenden Gasentladung. Der Anodenstrom ist aber niedriger, als nach dem ersten Versuch zu erwarten gewesen wäre. Geben sie eine plausible Begründung hierfür. |
| Aufgabe 2 | | Die Aufgabe: "Bestimmen Sie die Energieniveaus des Heliumatoms" fehlt hier. Warum eigentlich? |
Zu 1:
Also der Begriff "Gasentladung" beschreibt die Quantenemission des angeregten Quecksilbergases, oder?
Ist die Lösung nur darin begründet, dass sich bei 170°C weniger gasförmige Quecksilberatome im Kolben befinden, als bei 250°C?
Noch eine Frage zum gemessenen Anodenstrom.
Der wird ja mit zunehmender Beschleunigungsspannung immer höher [siehe Maxima]- warum dies? Also die Elektronen haben mehr Energie, die sie auf einzelne Quecksilberatome "verteilen" - aber dadurch verlieren sie doch auch die Energie (Geschwindigkeit) und der ankommende Anodenstrom müsste gleichbleiben?
Oder kommen dennoch durchschnittlich einfach mehr Elektronen an der Anode an?
(Ich fürchte, ich habe den Versuch noch nicht in Gänze durchblickt).
Aufgabe 2:
Helium ist ein Edelgas, damit also sehr stabil. Liegt hier die Begründung? Ist es derart stabil, dass man die beiden Außenelektronen gar nicht auf ein erhöhtes Energieniveau bringen kann?
Danke erstmal. :)
|
|
| |
|
| Status: |
(Antwort) fertig  | | Datum: | 19:49 So 22.03.2009 | | Autor: | Arnie09 |
> Bei der Kolbentemperatur 170°C erhält man drei ausgeprägte
> Maxima und Minima, dann folgt die Gasentladung. Bei 250°C
> gibt es bei niedriger Beschleunigungsspannung kaum meßbare
> Ströme, aber ab [mm]U_{b}[/mm] = 30V sieben "Schwingungen" mit der
> folgenden Gasentladung. Der Anodenstrom ist aber niedriger,
> als nach dem ersten Versuch zu erwarten gewesen wäre. Geben
> sie eine plausible Begründung hierfür.
> Die Aufgabe: "Bestimmen Sie die Energieniveaus des
> Heliumatoms" fehlt hier. Warum eigentlich?
> Zu 1:
> Also der Begriff "Gasentladung" beschreibt die
> Quantenemission des angeregten Quecksilbergases, oder?
Ja, in dem Fall hat kein Atom mehr genug Energie, um ein Elektron bzw. dessen Energie zu absorbieren.
> Ist die Lösung nur darin begründet, dass sich bei 170°C
> weniger gasförmige Quecksilberatome im Kolben befinden, als
> bei 250°C?
Die Anzahl der Gasatome wird in dem Fall nicht verändert sondern nur die Temperatur des Gases. Bei einer höheren Temperatur sind die Gasatome mehr in Bewegung und stoßen sich und die Elektronen eher an. Anders gesagt haben sie bei einer höheren Temperatur auch eine höhere Energie  .
> Noch eine Frage zum gemessenen Anodenstrom.
> Der wird ja mit zunehmender Beschleunigungsspannung immer
> höher [siehe Maxima]- warum dies? Also die Elektronen haben
> mehr Energie, die sie auf einzelne Quecksilberatome
> "verteilen" - aber dadurch verlieren sie doch auch die
> Energie (Geschwindigkeit) und der ankommende Anodenstrom
> müsste gleichbleiben?
> Oder kommen dennoch durchschnittlich einfach mehr
> Elektronen an der Anode an?
Es ist eine Mischung aus beiden: die Elektronen haben durch die höhere Beschleunigungsspannung eine höhere Energie, die über den charakteristischen 4,9V liegt (oder halt bei anderen Stoffen eine andere charakteristische Energie - auf jeden Fall ist sie drüber). Sie absorbieren an die Atome des Quecksilbers die Energieportion, haben allerdings noch eine höhere Restenergie, als bei einer niedrigeren Beschleunigungsspannung. Deswegen kommen später auch mehrere Maxima: die Elektronen haben dann soviel Energie, dass sie mehrere Quecksilberatome "anrempeln" können: bei zwei Maxima sind es dann zwei Atome. Zwischen Gitter und Katode liegt die Beschleunigungsspannung vor, zwischen dem Gitter und der Anode die Gegenspannung. Die Elektronen müssen zwischen Gitter und Anode gegen die Spannung laufen. Würden sie weiterhin beschleunigt, würden die Elektronen, die Energie absorbiert haben, nicht registriert werden. Der Anodenstrom stellt praktisch dann das "Energieplus" der Elektronen bzw. die Elektronen dar, die Energie absorbiert haben. Haben sie zum Beispiel nicht mehr genug Restenergie, um gegen die Gegenspannung anzulaufen, wird dies über ein Minimum bei dem Anodenstrom registriert.
> (Ich fürchte, ich habe den Versuch noch nicht in Gänze
> durchblickt).
https://lp.uni-goettingen.de/get/text/1612
Vielleicht kann dir die Seite noch etwas weiter helfen - die Zeichnungen sind anfürsich sehr gut :).
>
> Aufgabe 2:
> Helium ist ein Edelgas, damit also sehr stabil. Liegt hier
> die Begründung? Ist es derart stabil, dass man die beiden
> Außenelektronen gar nicht auf ein erhöhtes Energieniveau
> bringen kann?
Fast, man kann den Franck-Hertz-Versuch auch mit Heliumgas durchführen. Das Problem liegt dabei allerdings bei der sehr hohen benötigten Energie von 22,4 eV - wahrscheinlich dann durch die Edelgaskonfiguration. Ich vermute, dass sie deshalb nicht danach gefragt haben .
>
> Danke erstmal. :)
Ich hoffe, ich konnte dir etwas dabei helfen .
Lg,
Arnie
|
|
|
| |
|
| Status: |
(Antwort) fertig | | Datum: | 23:14 So 22.03.2009 | | Autor: | chrisno |
Schau mal Gasentladung in Wikipedia nach: das ist der Zustand, in dem die Röhre als Lampe zweckentfremdet wird. Da sollte man ganz schnell die Spannung wieder runterdrehen.
Hauptsächlich ist doch nach der Temperaturabhängigkeit gefragt.
Da steht in dem Link von Arnie schon mal was, Stichwort: mittlere freie Weglänge.
Es gibt doch viele einzelne Fragen:
Warum geht es bei 250°C erst ab 30 V richtig los?
Warum kann man dann mehr Schwingungen sehen, bevor es zur Gasentladung kommt?
Warum bleibt bei höherer Temperatur der Anodenstrom im vergleichbaren Bereich (gleiche Spannung) niedriger?
Zu Deiner Frage:
Manche Elektronen kommen einfach so durch, ohne Kollision. Dass werden offenbar mit zunehmender Spannung mehr. Da muss sich also durch die höhere Geschwindigkeit die Wahrscheinlichkeit reduzieren, das es zu einem Stoß kommt. (Wieder ist die mittlere freie Weglänge das Argument, sie muss also größer werden.)
Ähnlich wird dann die Antwort für das Ergebnis bei höherer Temperatur lauten: Die Quecksilberatome sind schneller und daher die Treferwahrscheinlichkeit geringer.
Dazu muss ich sagen, dass ich das so unmittelbar gar nicht schließen würde, wenn mir nicht der Effekt berichtet würde.
Auch für das Einsetzen der Gasentladung bei erst höherer Spannung vermute ich die gleiche Ursache: Wegen der geringeren Trefferquote gibt es weniger ionisierte Quecksilberatome.
|
|
|
|
