弗兰克—赫兹实验详细信息

发布网友 发布时间：2024-10-24 04:30

我来回答

共1个回答

热心网友 时间：2024-10-24 13:45

在1925年，弗兰克和赫兹因发现了原子受电子碰撞的定律而荣获诺贝尔物理学奖。弗兰克，一位专注于低压气体放电实验的科学家，与赫兹合作研究了电离电势和量子理论的关系，通过反向电压法得到了一系列气体的电离电势。他们进一步研究了电子与惰性气体的碰撞特性。在1914年，弗兰克和赫兹取得了重要成果，发现汞蒸气中的电子与分子进行弹性碰撞，并达到某一临界速度，此速度相当于电子经过4.9伏的加速。此临界速度可测准到0.1伏。这一结果证明了4.9伏电子束的能量等同于波长为2536的汞谱线的能量子。因此，4.9伏是汞原子的电离电势。

弗兰克和赫兹的实验装置是一只充气三极管，其中电子从加热的铂丝发射，铂丝外有一同轴圆柱形栅极，电压加于其间形成加速电场。电子穿过栅极被外面的圆柱形板极接受，板极电流用电流计测量。当电子管中充以汞蒸气时，他们观测到，每隔4.9伏电势差，板极电流都会突降一次。若在管子里充以氦气，也会发生类似情况，其临界电势差约为21伏。

最初，弗兰克和赫兹依据斯塔克的理论进行实验，斯塔克认为线光谱产生的原因是原子或分子的电离，光谱频率ν与电离电势V的关系为hν=eV。然而，他们坚持斯塔克的观点，认为4.9伏电势差引起汞原子的电离。后来，弗兰克认识到玻尔的原子理论为这个领域开辟了明确的路径，并同意玻尔的观点。玻尔在1915年就指出，弗兰克-赫兹实验的4.9伏电势差正是他的能级理论中预言的汞原子的第一激发电势。

弗兰克出生于1882年8月26日，曾在汉堡的威廉中学学习，并在海德堡大学学习化学。后来，在柏林大学学习物理，成为瓦尔堡和德鲁德的学生。1911年获得柏林大学物理学“大学授课资格”，并在柏林大学任教直到1918年。1921年，他成为格丁根大学教授，并担任第二实验物理学研究所主任。1933年，为了希特勒反犹太法，弗兰克辞去教授职务，离开德国前往哥本哈根。19年5月21日，弗兰克在访问格丁根时逝世。

赫兹，电磁波的发现者赫兹的侄子，出生于1887年7月22日。在汉堡的约翰尼厄姆学校毕业后，他进入格丁根大学学习，并在慕尼黑大学和柏林大学学习。1911年，赫兹获得柏林大学的学位，并在柏林大学物理研究所担任研究助理。赫兹参与了第一次世界大战，并在1915年负重伤。战后，他回到柏林担任校外教师。1925年，赫兹被选为哈雷大学的教授和物理研究所所长。1975年，赫兹在柏林逝世。