Frank-hertz

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE

ESTRUTURA DA MATÉRIA ‘A’

Experimento de Franck-Hertz

Equipe: Ana Cândida
Glauber
Ricardo
Rosana
Sandra Aline

Introdução

No átomo, o fato de a energia e o momento angular estarem quantizados é uma indicação de que certos princípios novos devem ser considerados ao analisar o movimento dos elétrons. A teoria correspondente é a MecânicaQuântica, uma das principais características desta teoria é que as órbitas dos elétrons não podem ser definidas de forma precisa, da mesma maneira que definimos as órbitas planetárias. Em vez disso, apenas podemos falar de regiões onde é mais provável encontrar o elétron. Outra característica importante é que um átomo pode sofrer variações de energia apenas em quantidades iguais à diferença deenergias dos estados estacionários.

A evidência experimental mais importante dos estados estacionários de energia é a existência de espectros atômicos e moleculares descontínuos. Esta foi a base experimental sobre a qual Bohr fundamentou sua teoria. A existência de estados estacionários foi confirmada por muitos outros fatos experimentais. O mais característico é o fato das colisões inelásticas,em que a energia cinética de uma partícula é transferida para a energia interna de outra partícula. A condição para uma colisão inelástica é, então, [pic] é a energia cinética do elétron antes da colisão. A energia cinética do elétron, depois da colisão inelástica, é [pic].

Para dar um exemplo concreto, suponhamos que um elétron de energia cinética [pic] se move através de uma substância, comovapor de mercúrio. Sempre que[pic] for inferior à primeira energia de excitação do mercúrio, as colisões serão elásticas e o elétron se moverá através do vapor sem excitar átomos. No entanto, se[pic] for superior a [pic], o elétron pode perder a energia [pic] numa colisão inelástica. Se a energia cinética inicial do elétron não for muito maior do que [pic], a energia do elétron depois da colisãoinelástica não será suficiente para excitar outro átomo. Por isso, as sucessivas colisões do elétron serão elásticas. Contudo, se a energia cinética do elétron for, inicialmente muito grande comparada com [pic], ele poderá sofrer algumas colisões inelásticas. Em cada colisão, o elétron perde a energia [pic] e produz mais átomos excitados. Finalmente, quando a energia do elétron estiver abaixo dolimiar das colisões inelásticas, não haverá mais excitações.

Este processo foi observado, pela primeira vez, em 1914, por James Franck e Gustav Hertz. Na figura 1 apresenta-se esquematicamente o instrumento utilizado.

[pic]
Um filamento aquecido F emite elétrons, que são acelerados para a grelha G através de um potencial variável V. O espaço entre F e G é ocupado por vapor de mercúrio.Aplica-se um pequeno potencial retardador V’ , de aproximadamente 0,5V entre a grelha G e a placa coletora P. Os elétrons que ficam com uma energia cinética muito pequena, depois de sofrerem uma ou mais colisões, não conseguem chegar à placa e não são registrados pelo galvanômetro. À medida que a diferença de potencial V aumenta e atinge um valor de aproximadamente 4,9V os elétrons perdem quase toda asua energia cinética depois de uma colisão inelástica com um átomo de mercúrio, que fica, por isso, num estado excitado. Aumentando-se mais ainda a diferença de potencial V , os elétrons podem sofrer duas colisões inelásticas com átomos de mercúrio, perdendo quase toda a sua energia cinética e assim sucessivamente.

OBJETIVOS

• Reproduzir a experiência de Franck-Hertz determinando ejustificando as condições experimentais mais favoráveis para a verificação do fenômeno;
• Determinar a energia de transição para o 1º estado excitado do átomo de mercúrio comparando com o valor determinado da espectroscopia.

MATERIAL UTILIZADO

|Tubo de Franck-Hertz com forno |Variac |
|Termopar com medidor...
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