gt; eU
зад , тут
e - заряд електрона. Струм гальванометра
I пропорційний сумарній кількості електронів в потоці з енергією більшою
eU зад . Змінюючи
U зад , і заміряючи струм при кожному значенні, можна отримати уявлення про розподіл електронів по енергії
n (T). Метод дуже простий. Недолік його - для знаходження розподілу
n (T) доводиться диференціювати експериментальну залежність
I (U зад ), що пов'язано з великою втратою точності. Метод задерживающего потенціалу використаний Джеймсом Франком і Густавом Герцем для аналізу енергій, втрачаються електронами в зіткненнях з атомами.
Зміна енергії налітаючої частки маси m (втрата енергії) при пружному співударі з іншого часткою маси M ? T ~ (m/M) · T , де T - енергія частинки до зіткнення. Оскільки маса електрона значно менше маси атома, то його кінетична енергія при пружному зіткненні з атомом змінюється незначно, відбувається тільки зміна напрямку швидкості (тут доречне порівняння, як горох об стінку).
Якщо можливі непружні зіткнення з атомом, то кінетична енергія електрона після зіткнення виявиться менше на величину енергії, переданої атому.
У перших дослідах Дж. Франка і Г. Герца електрони, іспущенние підігрітим катодом До , прискорюються електричним полем, створюваним між катодом і сіткою С різницею потенціалів U уск . Між сіткою і анодом поле гальмуючий ( U зад ~ 0.5 В). Скляна колба з електродами наповнена парами ртуті. При малих напругах ( U уск lt; 4.9 В для ртуті) співудару електронів з атомами пружні , тому вольтамперная характеристика така ж, як для вакуумного діода. Пружні зіткнення, як було сказано, практично не змінюють енергетичний спектр електронів, гальмує полі їм не перешкода. Але поблизу U уск ~ 4.9 В струм різко зменшується. Значить при T ~ 4.9 еВ відбуваються непружні зіткнення з атомами, і електрони, які віддали атому енергію, не можуть подолати затримує проміжок С - А . Таким чином було встановлено, що мінімальна енергія, необхідна для збудження атомів ртуті, становить 4.9 еВ. Ця енергія, поділена на заряд електрона, називається потенціалом збудження . Падіння струму при напругах, кратних 4.9 В, означає, що електрони, що втратили енергію в першому неупругом співударі, знову набирають 4.9 еВ по шляху до анода і відбувається друге (третє) непружних зіткнень.
Трохи раніше, ніж проводилися ці експерименти, Н. Бор висунув гіпотезу про стаціонарних станах атомів і випромінюванні (поглинанні) квантів при переході між ними. Гіпотеза Н. Бора пояснювала лінійчатий характер спектра атомів. Результати дослідів Дж. Франка і Г. Герца стали потужною підтримкою квантових постулатів Н. Бора: показано існування у ізольованих атомів дискретних рівнів енергії. (Пізніше Франк зізнався, що вони не оцінили по достоїнству фундаментальне значення теорії Бора, настільки, що навіть не згадали про неї у своїй статті .)
Додатковим свідченням того, що передана електроном енергія пішла на порушення атома, з'явився спектральний аналіз випромінювання, що виникає при збудженні. Атом у збудженому стані живе недовго. При поверненні в основний стан передана енергія ? T =4.9 еВ повинна випромінюючи у вигляді кванта h? з тією ж енергією. Довжина хвилі ? =hc /? T=253 нм. І така лінія дійсно була знайдена Дж. Франком і Г. Герцем!
Якщо тиск парів в приладі знизити (спочатку було ~ 1 мм рт. ст.) до такого значення, що довжина вільного пробігу електрона буде більше або порівнянна з відстанню катод - анод, стане можливим збудження атомів в більш високі енергетичні стани і навіть іонізація атомів (не зустрівши жодного атома електрони зможуть прискориться до енергій, що перевищує перший поріг збудження). Проводячи аналіз спектра непружно розсіяних електронів, Дж. Франк і Г. Герц знайшли рівні енергії та енергії іонізації великої кількості елементів. Для прикладу деякі цифри наведені в таблиці.
Характеристики атомів деяких елементів I групи.
натрій Naцезій Csмедь Cuкалій Kртуть Hgводород Hенергія збудження 1-го рівня, еВ2.11.393.81.64.910.2енергія іонізації, еВ5.13.97.74.310.413.6
У 1925р. Дж. Франку і Г. Герцу присуджена нобелівська премія
електрон гальмує полі рух
8. Список використаної літератури
1. Поносов С.В. Курс лекцій. Вакуумна і плазмова електроніка.
2. Щука А.А. Електроніка. Учеб. посіб. для вузів.- СП б: БХВ-Питер, 2005
3. Жеребцов І.П. Основи електроніки. Енергоатоміздат 1 989
