[현대물리학실험]프랑크-헤르츠 실험

소개글

"[현대물리학실험]프랑크-헤르츠 실험"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론 및 원리
3. 실험 기구 및 장치
4. 실험 방법
5. 주의 사항
6. 실험 결과
7. 토의 사항
8. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
가. 프랑크-헤르츠의 에너지 양자화 확인 실험을 통해서 여기에너지와 에너지준위, 탄성충돌의 개념을 익히고 에너지 준위 불연속성을 확인한다.

2. 실험 이론 및 원리
가. 프랑크-헤르츠의 실험
보어의 원자구조론에 대한 실험적 근거를 찾기 위한 실험으로 독일의 물리학자 프랑크와 헤르츠가 실시한 실 험이다. 이 실험은 전자와 원자를 충돌시켜 원자 내부의 전자의 들뜸을 통해 에너지 준위의 존재를 입증하는 것을 목적으로 했다. 이를 위해 열전자를 가속하여 전자빔을 만들고 이를 저압 기체 속으로 지나가게 하여 원자와 충돌하게 한다. 그리고 전자빔을 가속시키는데 따른 전류의 세기를 조사하면 어떤 방식으로 에너지가 변화했는지 알 수 있다. 처음에는 가속전압이 증가할 때 전류도 함께 증가하지만, 전압이 계속 증가하여 한계값에 도달하면 전류가 급격히 감소하게 된다. 여기서 가속전압이 더 증가하면 전류는 다시 증가하고 다시 가속 전압이 제2차 한계값에 이르게 되면 전류가 급격히 감소하며, 이와 같은 전류의 증가와 감소가 반복된다. 수은으로 실험한 결과의 예

이 결과는 어떤 특정 에너지보다 낮은 운동에너지를 가진 전자는 원자와 탄성충돌하여 운동방향만 바뀌고, 그 이상의 운동에너지를 가지는 전자는 원자와 충돌하여 에너지를 주고받는 비탄성충돌을 한다는 것을 알려준다. 그 결과 위의 사진처럼 전자가 수은을 들뜬상태로 만들어 그 다음 전자가 지나갈 때는 전류가 작아진다. 따라서 수은 원자의 에너지 준위는 불연속적이다.

나. 보어의 원자모형
보어는 전자가 무겁고 양으로 대전된 핵 주위를 돌고 있다고 가정했다. 이때 전자는 궤도 각운동량이 {bar{h}} `(= {h} over {2 pi } )의 정수배 궤도만 허용한다. 전자는 한 궤도에서 다른 궤도로 옮기면서 전자기파를 발생하며, 이때 발생하는 전자기파의 진동수 v는 E _{n} -E _{m} `=`hv가 된다.

참고 자료

현대물리학 실험 매뉴얼 참고
현대물리학, Arthur Beiser, international edition, McGrawHill, 2015 p.171-174