Ab 24:00 im Film des PSSC (Physical Science Study Committee) aus dem Jahr 1960 beschreibt James Franck das "zweite" Experiment, mit dem er und Hertz damals bewiesen haben, dass das mit einem 4,9 eV-Elektron angeregte Quecksilberatom nach der Anregung tatsächlich ein Photon mit genau dieser Energie ausstrahlt. Der Text, auf den sich Franck bezieht, ist hier nachzulesen (ν ist das früher verwendete Symbol für die Frequenz f):

 
 


 

 

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Betreff:

Zentrale Experimente Physik GOSt

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Historisches zum Franck-Hertz-Versuch (2)

Unter Punkt 3 der "Zusammenfassung" geben Franck und Hertz an: "Die übertragene Energie wird teilweise zur Ionisation verwendet und teilweise als Lichtstrahlung der Frequenz ν emittiert".
Nehmen Sie dazu Stellung, ob es sich bei dieser Aussage um die Energie eines einzelnen Elektrons oder die Energie der vielen in der Röhre befindlichen beschleunigten Elektronen handelt.

Der griechische Buchstabe ν ("nü") wird ebenso wie der lateinische Buchstabe f als Bezeichnung für die Frequenz verwendet.

Nach Gehrcke und Seeliger rufen 10 eV-Elektronen sichtbares Licht in der Quecksilberröhre hervor. Begründen Sie, warum dies für Franck und Hertz sehr untersuchungswürdig erscheint und warum tatsächlich sichtbares Licht ausgesandt werden kann.

Niels Bohr erkannte sofort, dass zwar die Messungen von Franck und Hertz sein Atommodell stützten, deren Interpretation ihrer Messungen jedoch das Bohr'sche Modell infrage stellte:
„If, on the other hand, the ionization potential of mercury should prove to be as low as assumed by Franck and Hertz, it would constitute a serious difficulty for ...[my] interpretation ..., at any rate for the mercury spectrum, since this spectrum contains lines of greater frequency than the line 2536.”
(N. Bohr. On the quantum theory of radiation and the structure of the atom. PM. 30 (1915), 394-415)
Begründen Sie, worin diese „ernsthafte Schwierigkeit“ liegt.

Unter Punkt 4 der "Zusammenfassung" geben Franck und Hertz das Planck'sche Wirkungsquantum an zu
h = 6,59·10-27 erg·s . "erg" ist ebenfalls eine frühere Bezeichnung für eine Einheit der Energie. Geben Sie "erg" in "J" (Joule) an.

Entscheiden Sie - u. a. auch anhand des voranstehenden Textes - über die Richtigkeit der folgenden der Aussagen und korrigieren Sie die falschen Darstellungen:

  1. Nach der Vorstellung von Franck und Hertz führen die Stöße, bei denen die freien, beschleunigten Elektronen ihre Energie abgeben, entweder zur Ionisation des Quecksilberatoms oder zur Schwingung eines seiner Hüllenelektronen.
  2. Nach heutiger Vorstellung führen die Stöße, bei denen die freien, beschleunigten Elektronen ihre Energie abgeben, entweder zur Ionisation des Quecksilberatoms oder zur Schwingung eines seiner Hüllenelektronen.
  3. Nach der Vorstellung von Franck und Hertz sendet ein Quecksilberatom kein (ultraviolettes) Licht aus, wenn es ionisiert wurde.
  4. Nach der Vorstellung von Franck und Hertz sendet ein Quecksilberatom dann (ultraviolettes) Licht aus, wenn ein Hüllelektron zum Schwingen angeregt wurde.
  5. Nach heutiger Vorstellung sendet ein durch ein freies, beschleunigtes Elektron zuvor angeregtes Quecksilberatom immer (ggf. auch ultraviolettes) Licht aus.

Franck und Hertz beschreiben im vorliegenden Text eine bestimmte Vorstellung, was mit einem der Elektronen des Quecksilberatoms geschieht, wenn das Atom von einem freien, beschleunigten 4,9 eV-Elektron angeregt wird. Beschreiben Sie die damalige Vorstellung mit eigenen Worten.

Historisches zum Franck-Hertz-Versuch (2)

James Franck hat eine gewisse Zeit lang mit Lise Meitner zusammen gearbeitet.
Lise Meitner ist durch eine spätere Entdeckung auf einem anderen Gebiet der Physik weltbekannt geworden.

Beschreiben Sie kurz die bahnbrechende Arbeit, die Lise Meitner so bekannt gemacht hat.

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