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Mit dem IBE "Messwertaufnahme mit Multimeter" haben Sie den qualitativen Verlauf der Messwerte beim Frank-Hertz-Versuch mit Quecksilber bereits untersucht. Im folgenden IBE werden die Messwerte mit einem digitalen Messwerterfassungssystem automatisch aufgenommen und dargestellt.
Ziel dieses Vorgehens ist es, die Messkurve im Detail zu verstehen und quantitativ auszuwerten.
Franck-Hertz-Versuch mit Hg - Messwertaufnahme mit Cassy
Bei diesem IBE können die Messwerte mit einem digitalen Messwerterfassungssystem für die Franck-Hertz-Röhre mit Quecksilber automatisch aufgenommen werden.
Das Bedienfeld des Steuergeräts kann durch Anklicken vergrößert werden. Dann kann die automatische Messung durch Einstellen des Drehknopfs auf "AUTO" gestartet werden. Zur manuellen Variation der Beschleunigungsspannung muss der Drehknopf auf "MAN." gestellt werden und die Beschleunigungsspannung dann über den rechten Drehknopf verändert werden. Damit im digitalen Anzeigefeld des Bedienfelds die Beschleunigungsspannung angezeigt wird, muss des ganz linke Drehknopf auf "U2" stehen.
Durch "RESET" wird die Beschleunigungsspannung wieder auf Null gestellt und eine neue Messung kann aufgenommen werden. Im vergrößerten Monitorbild können die Messwertkurven durch "CLR" gelöscht werden und zum Messen der Abstände der Messwerte können über "$\Delta$U2" vertikale Linien eingeblendet werden.
Nehmen Sie für den gesamten Messbereich eine Kurve auf und skizzieren Sie die Kurve im Diagramm unten.
Erklären Sie den Verlauf des Graphen bis zum dritten Anstieg, teilen Sie den Graphen dazu in sinnvolle Abschnitte ein und markieren Sie diese im Diagramm (Gegenspannung U3 = 1,5V).
Bestimmen Sie mit Hilfe der Kurve die Anregungsenergie von Quecksilber.
Berechnen Sie die Wellenlänge der Photonen, die ausgesendet werden, wenn die angeregten Quecksilberatome wieder in den Grundzustand übergehen und geben Sie an, um welche Strahlungsart es sich dabei handelt.
Überlegen Sie, welche Übergänge für das Licht im sichtbaren Bereich verantwortlich sind. Beim Franck-Hertz-Versuch wird im Prinzip nur ein Übergang angeregt.
Tipp
Von der Quecksilberdampflampe wissen Sie, dass angeregte Quecksilberatome auch Licht im sichtbaren Bereich aussenden (das Spektrum einer Quecksilberdampflampe wird beispielsweise auch im Abschnitt zum Photoeffekt verwendet).
Begründen Sie, warum dieses Licht beim Franck-Hertz Versuch nicht zu sehen ist (und auch
nicht zu sehen wäre, wenn ein durchsichtiger Heizofen benutzt würde).
Unter gewissen Bedingungen lässt sich auch bei der Quecksilberröhre eine Leuchterscheinung beobachten.
Beim Exkurs "Hg-Leuchterscheinung" können Sie sich damit genauer auseinandersetzen.
Tipp
Teilen Sie den Verlauf in unterschiedliche Abschnitte ein und begründen Sie den Verlauf der Kurve innerhalb dieser Abschnitte:
1) Verlauf bis die Stromstärke erstmals ungleich Null ist
2) Anstieg der Kurve bis zum Maximum
3) Abfallen der Kurve bis zum ersten Minimum
4) Erneuter Anstieg bis zum zweiten Maximum
5) Abfallen der Kurve bis zum zweiten Minimum
Franck-Hertz-Rohr mit Hg im Heizofen
digitales Messwerterfassungssystem und Monitor zur Darstellung der Messwerte
Anklicken der Geräte erzeugt eine vergrößerte Darstellung des Steuergeräts kombiniert mit dem Monitorbild
Steuergerät