Esperimento di Franck e Hertz
(8 settembre 2006)
A cavallo tra fine ‘800 e inizio ‘900 due contraddizioni erano emerse nel campo della
fisica atomica tra dati sperimentali e spiegazione teorica:
1) l’incompatibilita` delle frequenze delle righe spettrali con il teorema di Fourier;
2) l’incompatibilita` del modello atomico di Rutherford con la stabilita` dell’atomo.
La via d’uscita a queste contraddizioni fu suggerita da Bohr con la sua teoria dell’atomo
di idrogeno (1913). Tale teoria ammette i seguenti postulati:
1) gli elettroni di un atomo possono rimanere stabilmente su orbite privilegiate
senza irraggiare, caratterizzate da valori discreti dell’energia;
2) l’emissione o l’assorbimento di radiazione elettromagnetica non avvengono in
modo continuo, ma attraverso l’emissione o l’assorbimento di un quanto di
energia pari alla differenza fra due livelli. La frequenza e` determinata dalla
relazione di Planck: E2 E1 h ;
3) il momento angolare dell’elettrone orbitante e` quantizzato. Per un’orbita
circolare: l n h 2 .
Studiando le collisioni di elettroni con atomi, Franck e Hertz trovarono che a energie
sufficientemente basse tali collisioni erano elastiche, avvenivano cioe` senza
trasferimento di energia agli atomi. Studiando il moto di elettroni in vapori di mercurio
(1914), trovarono che gli elettroni potevano impartire energia agli atomi di mercurio solo
se possedevano energia cinetica superiore a 4.9 eV, e che esattamente questa energia
veniva assorbita dall’atomo di mercurio, che in seguito si diseccitava emettendo luce di
2537 A. Era la prima prova diretta (anche se non immediatamente riconosciuta) della
natura quantizzata del trasferimento di energia e della connessione del quanto E di
energia con la frequenza E h della luce emessa. Questi esperimenti sono
considerati come la prima prova decisiva della realta` dei livelli di energia quantizzati
postulati da Bohr.
