Franck Hertz

RESUMEN
Utilizando un osciloscopio, una graficadora y los datos de tensiones medidas con multimetros se trazó una curva, la cual concuerda con la curva Franck-Hertz. El análisis de ésta representa la entrega discontinua de energía por parte de los electrones libres (producidos por un cátodo a 180 C de un tubo Franck-Hertz) en choques inelásticos con los átomos de gas de mercurio, es decir, hayabsorción discreta por parte de los átomos de mercurio. Los cuales al pasar del estado fundamental 1S0 al primer estado 3P1 necesitan ser excitados con una energía de teóricoEHg=4.9 eV, en tanto que en la practica osciloscopioEHg=4.90±0.03 eV, multímetroEHg=5.05±0.85 eV con lo que se tiene un error de 0.61% y 3.06% respectivamente.
OBJETIVO
Trazado de una curva de Franck-Hertz en mercurio.Interpretación del resultado de las mediciones.
INTRODUCCIÓN
En 1914 James Franck y Gustav Hertz, descubren que los electrones al pasar por vapor de mercurio, perdían energía de una manera discreta y emitían luz UV, por lo que este experimento es una confirmación de la teoría cuántica, particularmente del modelo de Bohr.
El modelo atómico de Bohr, lo propuso en 1913, el cual es un modelo cuantizadodel átomo para explicar las órbitas estables de los electrones alrededor del núcleo. Tiene los siguientes postulados:
1. Los electrones del átomo se mueven de acuerdo a las leyes de la mecánica y electrostática, pero existen estados en los que el átomo permanece sin emitir ni absorber energía.
2. Cuando un átomo pasa de un estado estacionario a otro, se produce una emisión o absorción deenergía radiante monocromática, cuya frecuencia es tal que el producto de la frecuencia por la constante de Planck es igual a la variación de energía del átomo.
Em-En=hν
Que es positiva en el caso de absorción de energía y negativa en caso de emisión. Donde n, m son las órbitas de transición del electrón.
Pero para determinar los niveles en donde un átomo hidrogenoide salta se necesita conocerlas reglas de selección, que indican que algunas transiciones ocurren con mayor frecuencia que otras, es decir hay transiciones permitidas que se caracterizan por los números cuánticos del estado inicial y final.
El experimento funciona de la siguiente forma, en un tubo de vidrio al vacío se encuentran átomos de mercurio a una presión de aproximadamente 15 hPa, que al regular la temperatura semantiene constante; por lo que se estudia la pérdida de energía de los electrones libres al dispersarse inelásticamente los átomos de mercurio.

Figura 1. Esquema del tubo y los potenciales de éste.
El tubo de vidrio contiene 4 electrodos, donde la cátodo se encuentra rodeándolo un electrodo de control en forma de rejilla, posteriormente se encuentra una rejilla de aceleración y en torno a esteun electrodo colector. Del electrodo calentado salen los electrones, atraídos por la tensión U1 que existe entre el cátodo y la primer rejilla. La corriente de emisión es independiente de la tensión de aceleración U2 entre la segunda y tercer rejilla. Entre la segunda rejilla y el colector existe una diferencia de potencial opuesta U3, con lo que solo los electrones con suficiente energía lleganal electrodo colector. Manteniendo constantes U1 y U3, se aumenta U2 desde 0-30V y se mide IA (corriente del colector). Si la energía cinética de los electrones, antes de llegar a la segunda rejilla, es suficiente para excitar un átomo de mercurio; por lo que la corriente del colector disminuye drásticamente, por lo que ya no pueden superar U3. Incrementando U2, los electrones alcanzan a unadistancia cada vez mayor de la segunda rejilla, la energía necesaria para excitar átomos de mercurio. Luego de la colisión los electrones son nuevamente acelerados hasta excitar nuevamente un átomo de mercurio, por lo que IA alcanza nuevamente un máximo para una tensión U2 mayor.
Por tablas se sabe que para la transición del estado fundamental 1S0 al primer estado 3P1 de los átomos de mercurio, la...