프랑크-헤르츠 실험 예비보고서(Franck-Hertz experiment)

소개

프랑크-헤르츠 실험 예비보고서

목차

1. 실험 제목

2. 실험 목적

3. 이론

4. 방법 및 도구

5. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 제목
Franck Hertz Experiment

2. 실험 목적
1914년 Franck와 Hertz가 수은 기체에 전자를 충돌시켜서 수은의 에너지 상태가 양자화 되어 있는 것을 확인한 실험을 재현한다. 본 실험을 통해 에너지 준위와 여기에너지, 탄성 충돌의 개념을 익히고, 원자가 양자화 되어있는 모습을 직접 관찰한다.

3. 이론
보어의 원자가설이 나온 1년 후, 1914년 Franck와 Hertz에 의해 원자가 전자와 충돌할 때 특정한 양의 에너지만을 주고받는다는 사실이 발견되었다. 이 특정한 에너지는 바로 그 원자가 가지고 있는 스펙트럼의 관측으로부터 얻어진 전자의 에너지 준위의 차이에 해당하는 것이 되어, 물질의 양자화에 대한 직접적인 증거가 되었다.
위의 그림은 실험장치의 회로도 이다. 그림에서 네모로 표시된 관속에는 수은 증기를 희박하게 넣어서 봉인한 것이다. 그 내부에는 진공관처럼 필라멘트, 음극, 그리드 등을 배치해 두고 전압을 걸어둔다. 필라멘트를 가열하면 음극에서 방출된 열전자는 그리드에 의해 가속되어 운동에너지가 증가한다. 이 전자가 그리드를 통과한 후 양극의 역 전압에 의해 감속되어 플레이트에 흡수되는데 그 정도는 전류계의 전류를 측정함으로써 알 수 있다. 그리드에 걸리는 가속전압을 증가시키면 더 많은 전자가 플레이트에 도달하여 전류는 증가한다. 만일 전자가 관속에 들어있는 기체와 충돌에서 운동에너지가 원자의 내부에너지로 흡수되지 않는다면 전자의 질량이 원자의 질량에 비해 매우 작아서 전자의 운동에너지는 거의 변화가 없을 것이다. 운동에너지를 거의 읽지 않기 때문에 전자의 운동방향이 바뀔 뿐으로 전류의 양에는 크게 변화가 없을 것이다. 그러나 그 충돌에서 에너지를 잃어버린다면 전류는 줄어들 것이다.

참고자료

· -현대 물리 실험 (정기수, 정순영 1994 탐구당)
· -Physics Demonstration Experiments (Harry F Meiners 1970)