[물리실험보고서] 프랑크-헤르츠 실험[Franck-Hertz Experiment]

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[물리실험보고서] 프랑크-헤르츠 실험[Franck-Hertz Experiment]
프랑크-헤르츠 실험
(Franck-Hertz Experiment)

Ⅰ. 실험 목표

네온에 대한 프랑크-헤르츠 곡선을 기록하고 비탄성 충돌에 따른 자유전자의 불연속 에너지 방출을 측정한다.

Ⅱ. 이론적 배경

그림 1. 프랑크-헤르츠 실험장치 회로도

그림 2. 수은(Ag)으로 실험한 결과

미국의 물리학자인 프랑크와 독일의 물리학자인 헤르츠가 1913년 이후 원자의 공명 퍼텐셜(共鳴potential)을 구하기 위하여 실시한 실험이다. 원자의 에너지 준위가 불연속적이라는 증거는 프랑크와 헤르츠가 압력이 낮은 상태의 기체 원자와 전자를 충돌시키는 실험으로 제시되었다. 여기서 사용된 기체 원자는 높은 온도로 가열된 수은 증기이다. 극판의 원자로부터 분리된 전자는 가속되어 어떤 에너지 값도 가질 수 있다. 이 실험을 통하여 원자 안의 전자는 원자의 에너지 준위에 해당하는 단지 특정한 에너지 값만 가질 수 있다는 결론에 도달하였다.
관 속의 음극 C에서 방출된 전자는 그리드 G의 전압에 의하여 가속된다. 전압 V1이 그리드 G에 대한 양극 A의 전압 V2보다 크면 전자는 A에 도달하므로 전류가 흐른다. V1을 점점 증가시키면 전류도 증가한다. 전압 V1이 어떤 값이 되면 전자들 중 일부는 G 가까이에서 기체 원자와 비탄성 충돌을 하여 운동 에너지를 잃어버린다. 이런 현상이 일어나면 양극 A에 흐르던 전류가 급격히 감소한다. 전압 V1이 더욱 증가하면 비탄성 충돌에 의하여 에너지를 잃어버려도 남은 운동 에너지 때문에 전자는 양극에 다시 도달할 수 있다. 따라서 양극에 흐르는 전류가 다시 증가한다.

Ⅲ. 실험 기구

프랑크-헤르츠 튜브, 네온, 소켓과 스크린이 구비된 홀도(555 870), 프랑크-헤르츠 튜브(네온) 연결 케이블, 프랑크-헤르츠 공급 장치
■ 프랑크-헤르츠 곡선 최적화를 위한 권장 기구 : 2-채널 오실로스코프 303, 스크린 케이블 BNC/4mm
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