Experimento franck hertz

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Instituto de Física da UFBA
Departamento de Física do Estado Sólido
Disciplina: Estrutura da Matéria I (Fis101)

O EXPERIMENTO DE FRANCK-HERTZ

1. Introdução
A teoria de Bohr para o átomo de hidrogênio, desenvolvida entre 1912 e 1913, obteve enorme
sucesso, pois conseguiu explicar de forma convincente os espectros de raias e, mais particularmente, as
séries espectrais do hidrogênio. Umconceito fundamental por ele introduzido é que as transferências de
energia, seja na geração de um fóton, seja na absorção de radiação (levando o átomo para um estado
excitado superior) se dá de maneira quantizada.
Em 1914 James Franck e Gustav Hertz realizam um experimento que não só comprova as idéias
de Bohr, mas também mostra que as transferências de energia por colisão se dão de formaquantizada.
Uma típica válvula de Franck-Hertz é mostrada ao lado. Nela, o
catodo é aquecido ao submetê-lo a uma tensão (em nosso experimento
ela é de 6,3 V) e nesse processo forma-se uma nuvem eletrônica em

anodo

seu redor. Se a grade for colocada em um potencial positivo
(denominado de potencial de excitação), os elétrons irão ser
acelerados em sua direção e alguns deles passam porela, sendo

grade

recolhidos no anodo. Contudo, se o anodo for colocado em um
potencial negativo (chamado de potencia de retardo), apenas os
elétrons que tiverem energia maior que este potencial irão atingir a
placa.

catodo

O interior da válvula é preenchido com gás de mercúrio e os
átomos deste gás se chocam com os elétrons acelerados a partir do
catodo.
Em geral esses choques sãoelásticos, de forma que não ocorrem transferências de energia.
Contudo em determinados valores bem específicos de energia dos elétrons os choques são inelásticos e
há então transferência de energia para os átomos de Hg. Sob o ponto de vista quântico, essa
transferência de energia corresponde à transição entre níveis de energia do Hg, mais especificamente do
estado fundamental ao primeiroestado excitado. Essa diferença é de 4,9 eV.
Ao perder energia para os átomos de Hg, os elétrons não terão energia suficiente para vencer o
potencial de retardo e dessa forma a corrente recolhida pelo anodo diminui. Entretanto, devido ao
potencial de excitação, a energia dos elétrons aumenta novamente e a partir de um determinado valor
superam o potencial de retardo e assim a corrente no anodopassa a crescer. Contudo o crescimento da
energia dos elétrons vai até o ponto onde sua energia é equivalente à diferença dos níveis de energia do

1

Hg e assim uma nova absorção ocorre, isto é, um novo choque inelástico ocorre e a corrente do anodo
decresce novamente.

2. Lista de materiais
1 módulo de controle

1 chave de curto circuito

1 amplificador de corrente (110 V)

1termômetro digital equipado com fio termopar

1 forno com o tubo de Franck Hertz (110 V)

de Ni-Cr

1 Fonte de tensão (110 V)

1 voltímetro

1 Interface com conversor AD (110 V)

1 multiteste

1 cabo RS232

2 cabos tipo BNC

1 computador com o programa Measure instalado

cabos de ligação

3. Montagem
Monte o experimento de acordo com o diagrama abaixo, mantendo a chave de curtocircuito
fechada (posição | ). Durante essa operação todos os equipamentos devem estar desligados. O forno não
deve estar próximo aos equipamentos.
Interface
Amplificador

ANALOG IN 2

Input

ANALOG IN 1

I,Q

Fonte
de
Tensão

0...12 V
0.5 A

-

+

U

+

3.3 kΩ

0...12V

Is/Ampl

Us

+
+

6.3 V ~
2A

Tube

A
100 kΩ

-

-

10 kΩ

+
0...50 V50 m A

-

+

10 kΩ

max 50V

UA
UA/2

K

100 Ω
2200 μF

Forno

Caixa de controle

Chave

-

Ligue a Interface à entrada serial do computador usando o cabo RS232.

-

Conecte um voltímetro para ler a tensão de retardo Us. Conecte também outro voltímetro para ler
a tensão da saída 0…50V da fonte.

-

Insira o fio do termopar na entrada apropriada do forno,...
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