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Stromeinbrüche in der Quecksilberdampf-Röhre
AFB IIIn einer Franck-Hertz-Röhre werden Elektronen aus einer glühenden Kathode durch verdünnten Quecksilberdampf zu einem Gitter hin beschleunigt; hinter dem Gitter hält eine kleine Gegenspannung die langsamsten Elektronen zurück (Material M1). Erhöht man die Beschleunigungsspannung \(U\) langsam, ergibt sich die Kennlinie in Material M2. Rechnen Sie mit \(h\,c = 1240\,\mathrm{eV\cdot nm}\).
M1Aufbau der Franck-Hertz-Röhre
M2Gemessene Kennlinie
- Beschreiben Sie die Aufgaben von Kathode, Gitter und Gegenspannung im Versuchsaufbau.
- Bestimmen Sie aus der Kennlinie in M2 die Anregungsenergie der Quecksilberatome.
- Erklären Sie den Verlauf der Kennlinie zwischen dem ersten und dem zweiten Einbruch.
- Berechnen Sie die Wellenlänge des Photons, das ein angeregtes Quecksilberatom beim Rücksprung aussendet, und ordnen Sie sie einem Spektralbereich zu.
Hinweis zu Aufgabe a)
Gehe den Weg eines Elektrons von links nach rechts durch und frage bei jedem Bauteil: Was passiert hier mit dem Elektron?
Hinweis zu Aufgabe b)
Nicht die Lage eines einzelnen Einbruchs ist entscheidend, sondern ihr Abstand. Nutze außerdem, dass ein Elektron nach dem Durchlaufen von \(U\) die Energie \(e\cdot U\) besitzt — eine Spannung in Volt entspricht damit direkt einer Energie in Elektronenvolt.
Hinweis zu Aufgabe c)
Frage dich, was mit einem Elektron passiert, das seine Energie kurz vor dem Gitter abgegeben hat — und was passiert, wenn man \(U\) danach weiter erhöht.„Erklären“ verlangt, den beobachteten Verlauf auf die Stoßvorgänge zurückzuführen.
Hinweis zu Aufgabe d)
Die beim Rücksprung frei werdende Energie ist genau die Anregungsenergie aus b).