Franck-Hertz-Experiment - Aufgaben und Übungen

Welche der folgenden Aussagen sind richtig?

1) Wenn ein Atom mit elektromagentischen Wellen bestrahlt wird, kommt es zu Absorptionsprozessen in der Atomhülle. Dabei kann man eine deutliche Energiequantelung beobachten. So führten James Franck und Gustav Hertz das berühmte Franck-Hertz-Experiment durch. Was wollten die beiden Physiker mit dem Experiment beweisen?

a) Franck und Hertz wollten widerlegen, dass Elektronen beim Stoß mit einem Atom ihre gesamte kinetische Energie an Atome abgegeben werden.

b) Franck und Hertz wollten bestätigen, dass Elektronen beim Stoß ihre gesamte kinetische Energie an Atome abgegeben werden.

2) Was zeigt das Franck-Hertz-Experiment (einfach ausgedrückt)?

a) Das Franck-Hertz-Experiment untersucht die Emission von Lichtspektren (Linienspektren)

b) Das Franck-Hertz-Experiment zeigt die Absorption von kinetischer Energie der Elektronen durch Quecksilber-Atome (möglich sind auch Alkalimetalle oder Edelgase)

3) Was sind die wesentlichen Bestandteile des Franck-Hertz-Experimentes bzw. des Versuchsaufbaus?

a) Man hat eine Röhre, die mit Hg-Dampf gefüllt ist. Man benötigt in der Röhre eine Kathode, von der durch Glühemission Elektronen emittiert werden, die durch die Beschleunigungsspannung zur Anode beschleunigt werden. Diese Elektronen dringen durch das Anodengitter (das sich in der Röhre befindet) und gelangen durch die Gegenspannung U abgebremst zur Auffangelektrode.

b) Man hat eine Röhre, die mit Hg-Dampf gefüllt ist. Anschließend beleuchtet man die Röhre und misst, wie lange die Atome nachleuchten. Hieraus kann bestimmt werden, welche Energie die Atome aufgenommen haben

4) Was beobachtet man beim Franck-Hertz-Versuch?

a) Erhöht man langsam die Spannung, steigen die gemessenen Stromwerte zunächst exponentiell an, bis zu einer bestimmten Spannung. Ab dieser Spannung fällt der Strom ab, sinkt langsamer und steigt dann wieder an

b) Erhöht man langsam die Spannung, sinken die gemessenen Stromwerte zunächst, bis zu einer bestimmten Spannung. Ab dieser Spannung steigt der Strom an

5) Was beobachten wir, wenn wir bei der Beschleunigungsspannung weiter erhöhen (als in Aufgabe 5)?

a) Bei dem doppelten Wert der Spannung, bei der der Strom zum ersten Mal anstieg, steigt er auch dieses Mal wieder an. Dies wiederholt sich periodisch, dabei steigt der Strom jedes Mal höher. Die Stromstärke zeigt mehrere Steigungen bei Verwendung von Quecksilber jeweils im Abstand von etwa 4.9 eV.

b) Bei dem doppelten Wert der Spannung, bei der der Strom zum ersten Mal abfiel, fällt er auch dieses Mal wieder ab um dann langsamer zu sinken und schließlich wieder zu steigen. Dies wiederholt sich periodisch, dabei steigt der Strom jedes Mal höher. Die Stromstärke zeigt mehrere Rückgänge bei Verwendung von Quecksilber jeweils im Abstand von etwa 4.9 eV.

6) Wie lassen sich die Ergebnisse des Franck-Hertz-Experimentes einfach erklären?

a) Die Stöße der Elektronen mit den Quecksilberatomen erfolgen zunächst elastisch (die Elektronen geben keine kinetische Energie an die Quecksilberatome ab) und erreichen die Auffangelektrode => Stromabfall. Ab einer bestimmten kinetischen Energie der Elektronen kommt es zu unelastischen Stößen mit den Quecksilberatomen, wobei Energie auf die Atome übertragen wird. Die kinetische Energie der Elektronen reicht danach nicht mehr aus, die Auffangelektrode zu erreichen, wodurch die Stromstärke steigt

b) Die Stöße der Elektronen mit den Quecksilberatomen erfolgen zunächst elastisch (die Elektronen geben keine kinetische Energie an die Quecksilberatome ab) und erreichen die Auffangelektrode => Stromanstieg. Ab einer bestimmten kinetischen Energie der Elektronen kommt es zu unelastischen Stößen mit den Quecksilberatomen, wobei Energie auf die Atome übertragen wird. Die kinetische Energie der Elektronen reicht danach nicht mehr aus, die Auffangelektrode zu erreichen, wodurch die Stromstärke sinkt

7) Was sind die Ergebnisse des Franck-Hertz-Experimentes?

a) Atome könnten nur quantisierte Energiebeträge aufnehmen, wenn sie beispielsweise mit Elektronen zusammenstoßen. Die Größenordnung dieser Energiebeträge liegt im Bereich einiger Elektronenvolt

b) Atome können bei einem Stoß mit Elektronen beliebige Energiebeträge aufnehmen.

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