تجربة فرانك - هيرتز



Rating  0
Views   7037
خالد صالح جاسم الجميلي
4/19/2011 9:05:36 PM

  

انجازات لمختبر الذرية:

   من التجارب الجديدة التي تم اضافتها حديثاَ الى سلسلة التجارب الجديدة لمختبر الذرية في المرحلة الثالثة هي تجربة فرانك هيرتز والتي تعد من التجارب المهمة في مجال الفيزياء الذرية والتي عن طريقها يمكن تحقيق تكمم الطاقة وايجاد طاقة الاثارة لغاز الأركون ... ولغرض اطلاع طلبتي الاعزاء في قسم الفيزياء على كيفية عمل التجربة يمكنهم من الاستفادة من شيت التجربة المرفق.

 

مع التقدير ...

د. خالد صالح الجميلي


------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 

 



تجربة :فـرانـك- هـيـرتـز   Franck- Hertz Experiment

 

 

الهـــدف :   التحقق من "تكميم" الطاقة وإيجاد طاقة الإثارة للآركون.

 

الأجهــزة : أنبوب فرانك- هيرتز، مولد جهد ،ميزان حرارة رقمي- أسلاك ربط -جهاز حاسوب.     لاحظ شكل رقم (1)


Photobucket



نظرية التجربة 


 حين تمُّـر الإلكترونات المسرَّعة خلال بخار الاركون فإنَّ بعضَها يؤدي إلى إثارة الذرات التي تتفاعل معها وبالتالي تفقد هذه الإلكترونات من طاقتها مقدار طاقة الإثارة U0 . إذا كانت طاقة الإلكترون أكبر بقليل منْ ضعف طاقة الإثارة فإنَّ هناك احتمالاً أنْ يتفاعلَ هذا الإلكترون مع ذرتيْن مختلفتيْن ويفقد بذلك ضعف طاقة الإثارة، أي 2 U0. وبشكل عام فإنَّ الإلكترون الذي طاقته eV يُمكن أنْ يتفاعل مع (n) ذرة ويفقد من طاقته (n U0) إذا كانت طاقته اكبر بقليل من(n U0)وهكذا. اذا قمنا بقياس عدد الإلكترونات (على شكل تيار I) التي تخترق البخار وتصل إلى المصعد A مع جهد التسريع (V) ومثلَّنا بيانيَّاً العلاقة بيْنَ (I) و (V) فإنَّنا نحصل على قيم عظمى وصغرى في التيار.


 Photobucket

                                                     شكل(2) رسم تخطيطي لأنبوبة فرانك هيرتز.

 

قام بهذه التجربة العالمان جيمس فرانك وجوستاف هرتز عام 1914 ، وكانت نتيجتها مؤيدة لنموذج بور للذرة التي تحتوي على مستويات طاقة منفصلة وساهمت في ابتكار ميكانيكا الكم.

أيدت تجربة فرانك وهرتز النموذج الذري الذي اقترحه نيلز بور في مطلع القرن العشرين لتفسير الطيف ، وطبقا للنموذج توجد الإلكترونات في مدارات حول نواة الذرة وتشغل مستويات طاقة منفصلة عن بعضها البعض. وقد حاز فرانك وهرتز على جائزة نوبل للفيزياء عام 1925 على هذا العمل.

وخلاصة تجربة فرانك وهرتز تبين نموذج ذري تشغل فيه الإلكترونات مستويات للطاقة منفصلة ، وعند انتقال إلكترون بين مستوى طاقة أوطأ إلى مستوى آخر أعلى منه فيتم ذلك عن طريق امتصاص الإلكترون لكمية من الطاقة.

خطوات العمل :

 

 

1.     تعَّرف على انبوبة فرانك - هيرتز .

2.     اضغط على الزر Auto .

3.     ضع فرق الجهد المهبط على المقدار ( VG2A = 7 volt ) .

4.     ضع جهد الشبكة الاولى ( VG1K = 2.1 volt ) .

5.     ضع جهد المسخن بالمقدار ( Vhetar = 2.8 volt ) .

6.  من خلال البرنامج الموجود على الحاسبة اضغط على الزر USB ثم على الزر Start ستلاحظ ظهور قمم للطيف كما هو موضح في       الشكل (3) والشكل (4) .

7.     حدد مواقع القمم المنخفضة وسجلها .

 

 

 

 


Photobucket


                         شكل (3) منحني الطيف المنبعث في التجربة .

 

 

 


Photobucket

 

شكل (4)  شكل الطيف الذي نحصل عليه من خلال شاشة الكومبيوتر .

 


الحسابات :

 

1.     سجل مقدار  القمة المنخفضة والتي تمثل ( VG2K ) ولكل قمة .

2.     طبق العلاقة التالية لحساب طاقة الاثارة للذرات (U0) :

حيث ان (n) تمثل مواقع القمم 1،2،3،......

3.     كذلك يمكن حساب الطول الموجي للطيف المنبعث من الانبوبة من خلال بعض العلاقات الرياضية

 

           


حيث :

h = 6.63 × 10-34 J.S

c = 3 × 108 m/s

e = 1.6 × 10-19 J




وصف الــ Tags لهذا الموضوع   تجربة-فرانك