Preinforme de Fisica 7 EXPERIMENTO DE FRANCK-HERTZ

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE BOLIVAR[pic 1]

Facultad de Ciencias Básicas Departamento de Física

EXPERIMENTO DE FRANCK-HERTZ

Jesús Rueda Salcedo1, Marlon I. Padilla2, David J. lopez3, Jeison D. Rodelo Canoles 4, Johan A. Chivata Quiroga, Jhony J. Stevenson Sena5

1Estudiante de Ingeniería civil

2Estudiante de Ingeniería

Mecatrónica

3Estudiante de Ingeniería Civil

4Estudiante de Ingeniería Industrial

5Estudiante de Ingeniería Ambiental

RESUMEN

En esta práctica de laboratorio se estudia el   experimento   de   Franck   –   Hertz. Utilizando un horno de Franck y Hertz se mide el potencial   acelerador medio de una   serie   de   mínimos   en   una   curva proporcionada   por   el   osciloscopio.   Con este valor medio de potencial se calcula la longitud de onda de la primera línea de excitación del mercurio y se compara con el valor aceptado.  

Palabras claves: Electrón, Carga, Masa, Voltaje, Campo Magnético, Potencial acelerador, Energías de resonancia

ABSTRACT

In this laboratory practice the Franck - Hertz experiment is studied. Using a Franck and Hertz oven, the mean acceleration potential of a series of minima is measured on a curve provided by the oscilloscope. With this mean potential value, the wavelength of the first mercury excitation line is calculated and compared with the accepted value.

Keywords: Electron, Charge, Mass, Voltage, Magnetic Field, Accelerator potential, Resonance energies.

INTRODUCCIÓN

En 1914, apenas un año después de la publicación del modelo atómico de Bohr, J. Franck y G. Hertz realizaron un experimento que demostró la existencia de estados excitados discretos en los átomos de mercurio, lo que confirmó la predicción del modelo de Bohr de que los sistemas ligados atómicos ocupaban solamente determinados estados de energía, es decir, su energía estaba cuantizada. En otras palabras: el correspondiente espectro de energía no era continuo, sino discreto^[1].

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Ilustración 1:Esquema del dispositivo experimental usado Franck-Hertz

En el dispositivo, vapor rarificado (a baja presión) de un elemento dado ocupa el interior de un tubo de descarga, donde puede ser bombardeado con electrones de energía conocida, K, emitidos por un filamento calentado a temperatura T, que actúa de cátodo. Los electrones son acelerados hacia una rejilla interpuesta, de forma que se emiten con energía cinética . La rejilla interpuesta es mantenida a una diferencia de potencial  respecto a la lámina colectora trasera, de signo opuesto respecto al del filamento, de manera que  actúa como potencial retardador para los electrones.[pic 3][pic 4][pic 5]

Parte de los electrones atravesarán la rejilla-ánodo, con suficiente energía todavía para vencer la diferencia de potencial adicional , o potencial de frenado, establecido entre la rejilla y una placa tras ésta, y cuyo orden es del voltio o voltio y medio, permitiendo que el amperímetro correspondiente mida una corriente de intensidad I^[2].[pic 6]

El primer gas que usaron fue vapor de mercurio, y los resultados medidos para la corriente I se representan en la siguiente gráfica:

OBJETIVOS GENERALES

• Confirmar directamente la existencia de los niveles de energía atómicos.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Estudiar   la   cuantización   de   la energía en choques inelásticos.
• Determinar las características más importantes en el experimento de Franck-Hertz.
• Determinar la longitud de onda de la primera línea de excitación de los átomos de mercurio

MARCO TEORICO

El entendimiento del comportamiento de la   luz   como   paquetes   definidos   de energía, que   interactúan   con   la   materia siendo   absorbidos   o   emitidos, tiene profundas repercusiones en la estructura atómica. La energía de estos paquetes está dada por E=hv donde h es la constante de   Planck   y v es   la   frecuencia   de radiación   emitida.   El   experimento   de Franck – Hertz pone de manifiesto que la energía producida por choques inelásticos entre electrones y moléculas de gas (en general   interacciones   atómicas) está cuantizada^[3] se   puede   describir   por medio de la ecuación:

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Donde se cambia E por eVa, donde esta nueva expresión se refiere a   la energía cinética   que   cederán     electrones   en   la colisión.

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Aparato de Frack-Hertz. Una gota de mercurio puro se encierra en un tubo al vacío. El tubo se calienta hasta 185° durante las mediciones, a fin de obtener una densidad de mercurio muy alta, lo que garantizará que ocurran muchas colisiones electrón-átomo. Tomado de Universidad Tecnológica de Bolívar Laboratorio de Física III Experiencia 7.

Los electrones son acelerados en el aparato de Franck-Hertz, y la corriente recogida aumenta con el voltaje de aceleración. Como muestran los datos de Franck-Hertz, cuando el voltaje de aceleración alcanza 4,9 voltios, la corriente cae bruscamente, indicando el claro inicio de un nuevo fenómeno que quita suficiente energía a los electrones, de manera que no pueden alcanzar el colector. Esta caída se atribuye a colisiones inelásticas entre los electrones acelerados y los electrones atómicos de los átomos de mercurio. La aparición súbita sugiere que los electrones de mercurio no pueden aceptar la energía hasta que se alcanza el umbral para elevarlos a un estado excitado. Este estado excitado de 4,9 voltios, corresponde a una línea fuerte, en el espectro de emisión ultravioleta del mercurio, a 254 nm (un fotón de 4.9 eV). Se producen caídas de la corriente recogida en múltiplos de 4,9 voltios, puesto que un electrón acelerado que tiene quitado 4,9 eV de energía en una colisión, se puede volver a acelerar, para producir otras de tales colisiones a múltiplos de 4,9 voltios. Este experimento fue una fuerte confirmación de la idea de los cuantificados niveles de energía atómica^[4].

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