일반물리학실험 | 프랑크-헤르츠 실험

 

 

 

TIP

 

 

1. 네온에 대한 프랑크-헤르츠 곡선을 기록하고 비탄성 충돌에 따른 자유전자의 불연속 에너지 방출을 측정한다. 
2. 전자를 가속시켜 원자에 충돌시켰을 때 전자들의 에너지 변화를 관찰하여 본다.

 

 

 

실험 배경

l900년대에 들어와서 원자의 구조에 대한 연구가 활발하게 이루어 졌다. 원자모델에 대한 여러 가지 가설들이 제안되었고 바로 실험에 의하여 확인되었다. 1910년 초반에 드디어 원자의 형상에 대한 실체를 잡을 수 있었다. 라더퍼드에 의하여 실험적으로 규명된 원자의 모형은, 마치 태양계에서 태양을 중심으로 하여 여러 행성들이 돌고있는 것처럼, 무겁고 양전하를 띄고 있는 원자핵을 중심으로 하여 전자가 돌고 있다는 것이다. 그러나 그 당시에 이미 완전히 정립되어 의심할 여지가 없는 전자기학 이론에 따르면 궤도를 돌고 있다는 전자는 안정된 상태로 존재할 수가 없어서 불과 10^-7초 이내에 핵에 포획되어 버린다는 문제점이 생겼다.

 

l9l3년 보어가 원자의 결합 상태에 대한 양자화 가설을 내놓아 이러한 문제점을 피해나갔고, 더욱이 이전에 실험적으로 잘 알려졌던 원자의 방출, 흡수 스펙트럼에 대해 완전하게 설명을 할 수 있었던 것이다. 핵 주위를 돌고 있는 전자가 가질 수 있는 에너지는 연속적이 아닌 띄엄띄엄한 값이라는 결과는 지금까지의 고전론적인 사고방식에 일대 전환을 가져오게 하였다. 원자의 세계는 고전역학으로 설명을 할 수가 없어서, 전혀 새로운 체계의 접근 방식이 필요하게되었고 양자역학이 만들어지게 된 것이다. 보어의 원자 가설이 나온 1년후, 1914년 프랑크(Franck)와 헤르츠(Hertz)에 의하여 원자가 전자와 충돌할 때 특정한 양의 에너지만을 주고받는 다는 사실이 발견되었다. 이 특정한 에너지는 바로 그 원자가 가지고 있는 스펙트럼의 관측으로부터 얻어진 에너지 준위의 차이에 해당되는 것이 되어, 물질의 양자화에 대한 보다 직접적이고 확고한 증거가 되었다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) Auto-Manu. 스위치를 Auto에 놓고 가속전압을 최대로 해서 관찰한다.

 

2) 브레이크전압을 적당히 조절하여 다시 반복한다. 브레이크 전압을 증가시키면 플레이트 전류가 적어져서 그래프 감소현상이 잘 나타나지 않는다. 전류를 많이 주면 많은 열전자가 발생되어 플레이트 전류가 커지지만 감소되는 전류를 잘 측정할 수 없다. 따라서 이 두 가지의 조정이 실험에서 가장 중요한 부분이다.

 

3) 오실로스코프로서 그래프 모양을 관찰한다.

 

4) 앞에서 측정한 결과 그래프를 해석하여 Ne 원자의 여기에너지를 구한다.

 

 

 

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