현대물리학실험 | 프랑크-헤르츠 실험

 

 

 

TIP

 

 

1914년 프랑크와 헤르츠가 한 실험으로 에너지 준위와 여기에너지, 탄성 충돌 등의 개념을 익히고 원자가 양자화 되어 있는 모습을 관찰한다.

 

 

 

에너지 준위와 스펙트럼

보어 원자 모델에 의하면 전자가 핵 주위를 회전할 수 있으려면, 전자는 그 궤도가 드브로이 파장의 정수배를 포함해야만 한다. 이렇게 전자궤도의 안정성을 위한 조건이 에너지 준위를 만드는 것이다. 허용된 궤도들은 각각 다른 전자의 에너지를 갖는데 이러한 에너지를 수소원자의 에너지 준위(energy level) 라고 한다. 가장 낮은 에너지 준위 을 원자의 바닥상태(ground state)라고 하며, 그보다 높은 준위등을 여기상태(exicited state)라고 한다. 여기서 여기상태의 전자가 바닥상태로 뛰어갈 때 광자가 방출된다. 이번 실험에서 이러한 광자의 방출을 눈으로 확인 할 수 있다.

 

 

여기에너지

여기에너지란 Ground State에서 exicited State로, 또는 낮은 에너지준위에서 높은 에너지 준위로 들뜨게 만드는 에너지를 말한다. Franck-Hertz 실험에서는 실험 결과를 토대로 여기에너지를 계산할 수 있다.

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실험 방법

1. 초기 상태로 조정하는 방법

1) 패널 면의 뚜껑을 열고 F-H관을 끼운다.

 

2) 각각의 손잡이를 최소로 하고 우측 아래의 3개의 전환스위치를 아래로 내려놓는다. Heater 스위치를 Short에 놓는다.

 

3) Power 스위치를 켠다.

 

4) Zero 손잡이를 이용하여 전류계의 눈금이 정확하게 영점이 되도록 맞춘다.

 

5) G₂-K 손잡이를 돌려서 전류계 눈금이 가장 많이 움직이는 위치에 고정한다.

 

6) HEATER vol 손잡이를 우측으로 반 이상 돌려 필라멘트가 가열될 때까지 잡시 기다린 후 G₁-K 손잡이를 돌려서 전류계 눈금이 가장 많이 움직이는 위치에 고정한다.

 

7) G₂-K(가속전압) 손잡이를 왼쪽으로 완전히 돌린 후 zero 손잡이로 전류계 0점을 다시 맞춘다. G2-K 손잡이를 올려 전압계가 30V를 가르키게 한다.

 

8) G₂-P(역전압) 손잡이를 돌려 전류계가 30V을 가르키게 조정한 후 다시 G₂-K(가속전압) 손잡이를 왼쪽으로 완전히 돌려서 zero 손잡이로 전류계 0점을 맞춘다.

 

2. 전압 - 전류관계 측정

1) G₂-K(가속전압) 손잡이를 조금씩 올리면서 접압 V와 전류 I를 읽어 그래프를 그린다.(자동으로 할 경우에는 Auto-Manu 스위치를 Auto에 놓고 G₂-K를 최대로 해서 관찰한다. Herter Vol 손잡이와 G₂-P(역전압) 손잡이를 적당히 조절하여 다시 반복한다.

 

2) 오실로스코프로서 그래프 모양을 관찰해 보자.

 

 

 

[현대물리학실험]프랑크-헤르츠 실험 레포트