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Versuche

FRANCK-HERTZ-Versuch mit Hg - Einfluss der Temperatur (IBE der FU Berlin/QUA-LiS NRW)

Das Ziel des Versuchs

  • Demonstration des Einflusses der Temperatur des Quecksilberdampfes auf die Messwerte

Eine durchaus anspruchsvolle Herausforderung ist es, beim FRANCK-HERTZ-Versuch mit Quecksilber die Röhre auf die richtige Temperatur zu heizen. Ist die Röhre zu heiß oder zu kalt, so ist der erwünschte Effekt schlecht bzw. kaum sichtbar.

Aufbau und Durchführung
  • Klicke das Bedienfeld des Steuergeräts an und vergrößere es dadurch.
  • Stelle den linken Wahlschalter auf dem Bedienfeld auf ϑ.
  • Wähle mit dem kleinen Drehregler links davon die gewünschte Temperatur der Röhre zwischen \(150^\circ\) und \(200^\circ\).
  • Starte (nach einem evtl. notwendigen "RESET") die automatische Messung durch Einstellen des Drehknopfs auf "AUTO".
  • Beobachte die sich ergebende Messkurve.
  • Du kannst nun die Temperatur der Röhre ändern und weitere Messkurven aufnehmen.
  • Im vergrößerten Monitorbild kannst du die Messwertkurven durch "CLR" löschen und zum Messen von Abständen über \(\Delta U_2\) vertikale Hilfslinien einblenden, von denen beide verschoben werden können.

Abb. 2 Temperaturabhängigkeit der Franck-Hertz-Kurve (Hg) (© 2020, Freie Universität Berlin | AG Didaktik der Physik in Zusammenarbeit mit QUA-LiS NRW)

Beobachtung
Aufgabe

Nimm die Messkurven für die unterschiedlichen Temperaturen auf.

Beschreibe die Unterschiede zwischen den Kurven zu geringer, optimaler und zu hoher Temperatur.

Lösung

Es ist deutlich zu erkennen, dass bei gleicher Beschleunigungsspannung der Auffängerstrom mit höheren Temperaturen kleiner ist als bei geringeren Temperaturen.

Die Kurven bei geringen Temperaturen steigen schnell an, zeigen nur mäßig ausgeprägte Minima und der Auffängerstrom steigt schnell über den messbaren Bereich.

Die Kurven bei hohen Temperaturen verlaufen sehr flach und die Maxima und Minima sind auch verhältnismäßig gering ausgeprägt.

 

Erklärung
Aufgabe

Erkläre die Unterschiede zwischen den Kurven zu geringer, optimaler und zu hoher Temperatur.

Lösung

Beim Heizen der Röhre verdampft ein wenig Quecksilber aus dem Tropfen, so dass in der Röhre ein etwas dichteres Quecksilbergas entsteht und die Elektronen mit den Quecksilberatomen dieses Gases wechselwirken können. Abhängig von der Temperatur wird sich die Anzahl der freien Quecksilberatome unterscheiden, wodurch sich auch die Zahl der möglichen Stoßpartner unterscheidet.

Bei zu geringen Temperaturen sind relativ wenig Quecksilberatome verdampft, wodurch die Anzahl der Stöße relativ gering ist und sehr viele Elektronen bei der Auffängerelektrode ankommen, ohne einen Stoß auszuführen.

Bei zu hohen Temperaturen befinden sich sehr viele freie Quecksilberatome in der Röhre und den Elektronen gelingt es kaum, die Röhre zu durchqueren, da sie immer wieder durch elastische Stöße zurückgeworfen werden.

Hinweis: Aufgabenstellungen und Lösungen nach: Franck-Hertz-Versuch mit Hg - Einfluss der Temperatur (© 2020 Freie Universität Berlin | AG Didaktik der Physik in Zusammenarbeit mit QUA-LiS NRW)