Франк пен Герц өздерінің атақты экспериментінде электрондар сынап атомдарына энергияны 4,9 элекрон-вольтқа еселі тек бүтін бөліктермен бере алатынын көрсетті. (Бiр электрон-вольт – бұл бiр вольт кернеу арқылы үдетілген электронның алатын энергия мөлшері). Содан кейін олар сынап атомдары жұтқан энергиясына тең энергияны шығарып, толқын ұзындығы есептелетіндей спектр сызығын шығарады деп тұжырымдады. Сынап спектрінде мұндай сызықтың бар екенін байқаған Франк пен Герц, электрондармен соқтығысқан атомдар энергияны бөлінбейтін бөлікпен, немесе квантпен жұтады және шығарады деген қорытындыға келді. Газдың басқа элементтерімен жұмыс жасау бұл жаңалықты растады.
Франк-Герц эксперименті энергия кванттарының болуын кез келген алдындағы жұмыстарға қарағанда сенiмдірек көрсетіп қана қойған жоқ, ол Планк тұрақтысын өлшеудің жаңа әдісін берді. Тіпті, олардың нәтижесi атомның Бор моделін эксперимент жүзінде растады. Бордың ұсынысына ықылас қоймаған Франк те, Герц те бастапқыда мұны түсiнбедi. Бірақ та кванттық теорияның дамытуына терең ықпал еткен Бор идеяларын растау үшiн Бор және тағы басқа ғалымдар Франк пен Герцтiң нәтижелерiн пайдаланды.
Тәжірибе схемасы 1-суретте көрсетілген. Сиретілген бір атомды газбен үшэлектродты лампаны толтырады. Қыздырылған катодтан шығарылған электрондар лампаның анод торлары мен катод арасында туындаған тұрақты электрлік өрісте үдетіледі. Электрондар катодтан анодқа қарай қозғалған кезде гелий атомдарымен соқтығысады. Егер атомға қарай ұшқан электронның энергиясы атомды қозған күйге ауыстыруға (немесе иондауға) жетпесе, онда тек серпімді соқтығысулар болады. Электрондар ешбір энергия жоғалтпайды, өйткені олардың массасы атом массасынан мың есе кіші.
1-сурет. Франк және Герц тәжірибесінің схемасы
Анод пен катодтың арасындағы потенциалдар айырымының артуына байланысты электрон энергиясы артады және атомды қоздыруға жеткілікті болады. Мұндай серпімсіз соқтығысуларда ұшып келе жатқан электронның кинетикалық энергиясы атом электронының біреуіне береді. Сол кезде электрон еркін энергетикалық деңгейге ауысады (қозу) немесе электрон атомнан мүлде ажырайды (иондалу).
Шамның үшінші электроды коллектор болып табылады. Коллектор мен анод арасында аз ғана бөгегіш потенциал беріледі (коллектор потенциалы анодтың потенциалынан аз). Коллектор тоғы оған секундына келетін электрондар санына пропорционал және ол микроамперметрмен өлшенеді.
Анод потенциалын арттырған кезде вакуумдық диодтағыдай шамның тоғы алғашқыда өседі. Бірақ та электрондар энергиясы атомды қоздыруға жеткілікті болған кезде коллектор тоғы тез азаяды. Мұның себебі, электрондар атомдармен серпімсіз соқтығысқан кезде өзінің энергиясын толығымен жоғалтады және анод пен коллектор арасындағы бөгегіш потенциалдан (1 В) өте алмай қалады. Анод потенциалын ары қарай арттырған кезде коллектор тоғы тағы да өседі: серпімсіз соқтығысқан электрондар бөгегіш потенциалдан өтетіндей энергия жинап алады.
Токтың келесі бәсеңдеуі электрондардың бір бөлігі атоммен екі рет: бірінші рет жолдың ортасында, екінші – анодта және т.б. серпімсіз соқтығысқан мезетте болады. Сонымен, коллектор тоғының анод кернеуіне тәуелділік қисығында бір-бірінен тең арақашықтықта қалып отыратын бір қатар максимумдар мен минимумдар бар; бұл арақашықтық бірінші қоздырылған күйдің энергиясына тең (2-сурет).
2-сурет. Коллектор тогының кернеуге тәуелділігі
Серпімсіз шашыраған электрондарға талдау жүргізу кезінде Дж. Франк пен Г.Герц көптеген элементтердің энергия деңгейлері мен ионизация энергиясын тапты. Мысал ретінде кестеде кейбір сандар көрсетілген.
Химиялық элемент
|
натрий
Na
|
цезий
Cs
|
мыс
Cu
|
калий
K
|
сынап
Hg
|
сутегі
H
|
1-деңгейдің қозу энергиясы, эВ
|
2.1
|
1.39
|
3.8
|
1.6
|
4.9
|
10.2
|
Иондау энергиясы, эВ
|
5.1
|
3.9
|
7.7
|
4.3
|
10.4
|
13.6
|
1925 жылы Дж. Франк пен Г. Герцке электрондардың атомдармен соқтығысу заңдарын ашқаны үшін физика саласы бойынша Нобель сыйлығы берілді.
Достарыңызбен бөлісу: |
