프랑크 헤르츠 실험보고서

소개글

"프랑크 헤르츠 실험보고서"에 대한 내용입니다.

목차

1. 목적
2. 이론
3. 실험 장치
4. 실험 방법
5. 토의사항
6. 참고 문헌
7. 결과보고서
(1) 측정값
(2) 토의사항
(3) 참고문헌

본문내용

1. 목적

가열된 음극에서 방출되어 수은 원자에 충돌한 후 저지 전압을 이기고 집속판에 도달하는 전자의 양을 전류계로 측정해서 수은 원자의 불연속적인 에너지 준위를 확인한다.

2. 이론

충돌에 의한 여기에 기초한 일련의 실험들이 1914년 프랑크(James Franck, 1882~1964)와 헤르츠(Gustav L. Hertz, 1887~1975, 하인리히 헤르츠의 조카)에 의해 수행되었다. 이 실험들은 원자 에너지 준위가 존재하고, 또한 이 준위들은 선스펙트럼에 의한 것과 같다는 것을 직접적으로 보여 주었다.

<그림 1> 프랑크(왼쪽)와 헤르츠

<그림 2> 프랑크ㆍ헤르츠의 실험(Frank-Hertz experiment)의 개략도. 전위가 0인 가열된 음극으로부터 방출된 전자는 증기 원자들과 충돌한 후 양의 전위 에 있는 grid에 의해 끌려서 plate에 도달한다. 는 역전위 보다 충분히 크다.

프랑크와 헤르츠는 그림 2와 같은 장치를 이용해서 여러 원소의 증기에 에너지를 알고 있는 전자를 충돌시켰다. 충돌 후의 전자는 음극(cathod)와 그리드(grid) 사이의 전위차 에 가속되어 그리드 쪽으로 이동한다. 그리드와 집속판(plate) 사이에는 역전압 가 걸려 있어, 기본전하 를 가진 전자의 운동에너지가 보다 커야만, 전자는 그리드를 거쳐 집속판에 도달하여 전류 에 기여하게 된다. 그림 2에서 보듯이, 가 작은 영역에서는, 가속 전압 를 증가시키면 전자의 운동에너지가 커지고 전류 도 증가하게 된다.

<그림 3> 프랑크ㆍ헤르츠의 실험에서 전류 대 가속전압 의 그래프. 전류는 많은 전자들이 관속에 있는 수은 원자와의 비탄성 충돌로 인하여 에너지를 잃을 때 감소한다. 따라서 이 곡선에서 극소점이 규칙적으로 나타나는 것은 극소점 사이에 해당하는 에너지 4.9 eV가 전자에서 수은 원자로 전달되는 것으로 해석할 수 있다. 이 해석은 가 4.9 eV보다 더 클 떄 수은 원자에서 방출되는 4.9 eV의 복사를 관측하면 더 확실해진다.

참고 자료

A. Beiser, “Concepts of Modern Physics”, 6th ed. (McGraw-Hill, 2003)
P. A. Tipler and R. Lloewellyn, “Modern physics”, 6th ed. (W. H. Freeman, 2012)
Haliday 일반물리학 개정 9판 제 1권
양자역학개론
(https://www.cheric.org/files/education/cyberlecture/e201001/e201001-1102.pdf)
경상대 물리학과 정기수 교수의 자료실- 프랑크 헤르츠실험
(http://physica.gsnu.ac.kr/physedu/modexp/FranckH/main.htm)