Опыт Франка и Герца.
Экспериментальным подтверждением квантования энергетических уровней атома, т. е. существования дискретных стационарных состояний, явились опыты Франка и Герца. Примененная Франком и Герцем установка схематически представлена на рис. 2.4
Рис. 2.4. Рис. 2.5.
Вакуумная
трубка, заполненная парами ртути (р= 13 Па), содержит катод К, две сетки C1 и
С2 (сначала применялась одна сетка; две сетки позволяют повысить разрешающую способность
прибора) и анод А. Электроны, эмитируемые катодом, ускоряются разностью потенциалов
, приложенной между катодом и сеткой С1. Между
сеткой С2 и анодом прикладывается небольшой («0,5 В) задерживающий потенциал.
Электроны, ускоренные в области 1, попадают в область 2 между сетками, где испытывают
соударения атомами паров ртути.
Электроны, которые после соударения обладают достаточной энергией для преодоления задерживающего потенциала в области 3, достигают анода.
На опыте исследовалась вольтамперная характеристика (рис. 2.5). Оказалось, что при увеличении ускоряющего потенциала вплоть до 4,86 В сила анодного тока возрастает монотонно, проходит через максимум (4,86 В), затем резко падает и возрастает вновь. Дальнейшие максимумы наблюдаются при 2-4,86 и 3-4,86 В.
|
Рис. 2.6 | Для возможной интерпретации опытов заметим, что ближайшим
к основному, невозбужденному состоянию атома ртути является возбужденное состояние,
отстоящее от основного по шкале энергий на |
эВ (рис. 2.6). Энергия, необходимая, таким
образом, для перехода электрона из основного состояния в первое возбужденное (переход
7), равна 4,86 эВ. Время жизни атома ртути в возбужденном состоянии 
с, поэтому электрон спустя время 
возвратится в основное состояние
(переход 2), излучая при этом фотон с энергией волны 
нм. Поэтому если в атомах действительно существуют стационарные
состояния, то электроны, сталкиваясь с атомами ртути, должны терять энергию дискретно,
определенными порциями, равными разности энергий соответствующих стационарных
состояние атома.
Электроны вплоть до энергии 4,86 эВ, сталкиваясь с атомами
ртути, испытывают только упругие столкновения и передают атомам малую часть своей
энергии (пропорциональную отношению массы электрона 
к массе атома М; так как «М, то потеря кинетической энергии ничтожна). При 
эВ энергия электрона достаточна для неупругого столкновения, при котором электрон
отдает атому ртути всю кинетическую энергию, а атом переходит в первое возбужденное
состояние. Электроны же, теряя скачком энергию, равную E2-E1=4,86 эВ, не смогут
преодолеть тормозящего поля и достигнуть анода. Этим и объясняется первое резкое
падение анодного тока при эВ.