87.1 26.3 Tubo di Frank-Hertz

Collezione Liceo Scientifico Aless andro Serpieri Rimini
87.1 26.3
Tubo di Frank-Hertz
Descrizione
Contiene quattro
elettrodi : un catodo
incandescente, (K),
una griglia (G1), una
seconda griglia acceleratrice (G2) ed un
elettrodo ricettore
(A). Il tubo conteneva una goccia di
mercurio, ora purtroppo, è rotto. A corredo vi è un forno
elettrico a camera tubolare con diametro
38 mm e profondità
100 mm in grado di
portare il tubo a
200°C. Firmato Leybold, databile 1960
circa.
x = 9 cm y = 10,5 cm z = 13 cm m = 960 g
Φ = 3,5cm h = 12cm m = 43g
Cenni Storici
A i fisici tedeschi James Frank (1882 – 1964) e
Gustav Ludvig Hertz (1887 - 1975) venne conferito il premio Nobel nel 1925 per questa
esperienza che costituisce una conferma
sperimentale della teoria dei livelli energetici introdotti da Niels Bohr nel 1913.
Funzionamento
Gli elettroni provenienti dal catodo incandescente urtano gli atomi del mercurio che si trovano fra le
due griglie. Se l’energia degli elettroni corrisponde all’energia di eccitazione del mercurio (49 eV )
gli urti sono anelatici quindi tutta l’energia cinetica degli elettroni viene assorbita dagli atomi di
mercurio e gli elettroni non sono in grado di vincere il controcampo per raggiungere l’elettrodo ricettore A. La corrente che si misura fra la griglia acceleratrice e l’elettrodo ricettore presenta un minimo. Aumentando gradatamente la tensione, il fenomeno dell’urto anelastico si sposta in prossimità del catodo K, poi l’elettrone torna ad accelerare e riesce a superare il controcampo dando così
un contributo alla corrente che cresce. Se il potenziale è tale che l’elettrone, dopo il primo urto, recuperi energia sufficiente per ionizzare, si avrà un nuovo urto anelastico ed un nuovo minimo della
corrente. Il grafico della corrente/tensione è quello rappresentato in figura.
Una controprova che l’andamento del grafico dipende dalla presenza degli atomi di mercurio consiste nel ripetere la prova con tubo freddo: si ottiene il grafico caratteristico di una normale valvola
termoionica.
Carlo M. Fabbri 2005
Collezione Liceo Scientifico Aless andro Serpieri Rimini
Frank e Hertz eseguirono prove su numerosi gas e riscontrarono che l’ordine di grandezza dei livelli
energetici è di qualche eV, raramente supera i 20 eV.
Uso
Osservazione dei salti quantici mediante urto elettronico.
Bibliografia
Apparecchi di fisica per l’insegnamento, Leybold, M ilano, 1961
Piero Caldirola, Istituzioni di fisica teorica, Viscontea, M ilano, 1965
Carlo M. Fabbri 2005