An dieser Stelle finden Sie im Internet ein informatives Video zum Experiment von Franck und Hertz.

Bei einer Variante des Franck-Hertz-Versuchs befindet sich, wie dies auch im Originalexperiment von Franck und Hertz der Fall war, ein kleines Quecksilbertröpfchen (Hg) in einer ansonsten evakuierten Glasröhre. Durch Heizen der Röhre mit dem in ihr befindlichen Quecksilbertröpfchen auf eine geeignete Temperatur (in heutigen Röhren ca. 180°C, der Einfluss der Temperatur kann hier untersucht werden) kann man den Quecksilberdampfdruck so variieren, dass es gelingt, eine hinreichende Anzahl in der Röhre frei beweglicher Quecksilberatome zu erzeugen, damit folgendes eintritt:

• Aus einer geheizten Kathode treten durch den glühelektrischen Effekt Elektronen aus.
• Durch die kleine "Absaugspannung" (Gitter 1) nahe der Kathode werden die Elektronen sehr schnell aus der Ladungswolke, die sich ansonsten um die geheizte Kathode herum ausbildet, entfernt (der Einfluss der Absaugspannung kann hier untersucht werden).
• Diese freien Elektronen werden in einem elektrischen Feld einstellbarer Stärke beschleunigt. In diesem Bereich zwischen dem Gitter 1 und Gitter 2 können die Elektronen mit den Atomen der Quecksilberatome wechselwirken und u. U. an diese Energie abgeben.
• Nachdem die Elektronen ein Anodengitter, das als Beschleunigungselektrode dient, durchlaufen haben, gelangen sie in eine schwaches elektrisches Gegenfeld, das solche Elektronen, die aufgrund zwischenzeitlicher Energieabgabe nicht mehr hinreichend Energie haben, hindert, dieses Gegenfeld zu durchlaufen. Auf diese Weise lässt sich bei Variation der Beschleunigungsspannung feststellen, ob und sogar wie oft Elektronen Energie beim Wechselwirken mit den Elektronen in den Quecksilberatomhüllen abgegeben haben.

Als wichtigstes Versuchsergebnis ist zu nennen, dass die beschleunigten Elektronen nicht in beliebiger Form Energie an die Quecksilberatome abgeben können, sondern nur in eindeutig definierten Portionen ("gequantelt"), was in Einklang stand mit den von Bohr damals proklamierten Postulaten. Bohr hatte im Vorjahr der Versuchsdurchführung von Franck und Hertz seine Postulate aufgestellt, die Franck und Hertz jedoch zum Zeitpunkt der Veröffentlichung ihrer Versuchsergebnisse noch nicht kannten. Sie gingen daher von der falschen Vermutung aus, dass sie die Ionisierungsenergie von Quecksilber und nicht sein erstmögliches Anregungsniveau gemessen hätten.

Die nachfolgende Abbildung zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Franck-Hertz-Röhre:

Man findet durchaus Franck-Hertz-Röhren, die genau so aufgebaut sind, wie es die Prinzipskizze oben zeigt, vor allem diejenigen Röhren, die mit anderen Gasen als Quecksilberdampf gefüllt sind, haben häufig diese Gestalt.

Die Originalröhre von Franck und Hertz (linkes Bild), aber auch viele der heutigen Röhren (rechtes Bild), sehen auf den ersten Blick jedoch anders aus, wie die beiden nachfolgenden Bilder zeigen: