Was passiert beim Franck Hertz Versuch, wenn man die Beschleunigungsspannung zu stark erhöht?
2 Antworten
Beim FRANK-HERTZ-Versuch treffen in einer Elektronenröhre Elektronen auf Edelgasatome, an die sie, wenn sie über ausreichend große kinetische Energie verfügen, ihre kinetische Energie abgeben, um ggf. anschließend erneut im elektrischen Feld beschleunigt zu werden. Wie bei allen Elektronenröhren wird bei zu hoher Spannung die elektrische Feldstärke zwischen Kathode und der positiven Auffangelektrode so groß, dass entweder eine Bogenentladung (bei Vorhandensein eines ionisierten Gases) oder ein elektrischer Überschlag (bei Edelgas oder Vakuum) zustande kommt. In beiden Fällen kann dadurch die Elektronenröhre thermisch zerstört werden.
LG
Mit der Beschleunigungsspannung veränderst du ja eigentlich nur die Energie der Elektronen, bevor in die Gaskammer kommen. Dabei wird ja die Potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt. Also im Endeffekt sähe das so aus:
Epot = U(a) *e
(U(a) = Beschleunigungsspannung ; e= Elementarladung des Elektrons)
Epot= Ekin (Energieerhaltungssatz)
Ekin = U(a) *e
So und nun kannst du dir ja mal vorstellen was passieren kann, wenn die kinetische Energie der Elektronen sehr groß wird. (Beschleunigte Ladung sendet E-M-Wellen aus (siehe elektrischer Dipol), je stärker das Teilchen beschleunigt wird, desto energiereicher die Strahlung (Prinzip einer Röntgenröhre (Bremsstrahlung, Ionisierende Effekte)). Du kannst dir ja auch mal überlegen, was denn mit dem eigentlichen Versuch passiert. Dadurch, dass du die Energie der Elektronen am Anfang drastisch erhöhst, kann die Reaktionen in Form der Absorption und Emission von den Energien der Elektronen sich stark verschieben und die Intensität bestimmter Wellenlängen bereiche ab oder zu nehmen (Es tritt häufiger Energiereichere Strahlung auf, aufgrund der starken Steigerung der Energie der Elektronen). Kommt ehrlich gesagt aber darauf an, was du unter " zu stark erhöhen" verstehst. Die meisten der Effekte die ich hier beschrieben habe würdest du bei einem "normalen" Frank-Hertz- Versuch nicht antreffen.
Aber nur mal so als Frage, entsteht die Anregung der z.B. Hg-Atome beim Franck-Hertz-Versuch nicht auch durch Bremsstrahlung? Bloß dass sie hier nicht so groß ist, weil die Beschleunigungsspannung nicht so hoch ist…
Bremsstrahlung (siehe Röntgenstrahlung) entsteht nur, wenn Elektronen mit einigen Kiloelektronenvolt Atome anregen. Die Energie der Elektronen beim Franck-Herzt-Experiment ist dazu viel zu gering.
LG H.
Ahhh ok, ja ich glaube ich verstehe es. Also bei Franck-Hertz-Versuch da gehen manche Elektronen auch einfach so durch die Hg-Atome durch (Warum gibt es hier keine Bremsstrahlung?) und manche regen die Hg-Atome an. Und bei der Röntgenstrahlung gehen auch manche Elektronen einfach so durch die Anodenatome durch (und machen Bremsstrahlung) und manche interagieren mit den Atomen und weil die Elektronen hier so viel Energie haben, tun sie die Atome ionisieren. Stimmt das so? Und eine Frage noch: Bei beiden Versuchen werden die Elektronen ja auch durch eine Spannung beschleunigt, was ist hier mit der Bremsstrahlung? Sorry für die lange Frage, und schonmal vielen Dank für deine Antwort!!
Beim Franck-Hertz-Versuch beträgt die Beschleunigungsspannung nur wenige Volt. Diese Spannung ist ausreichend, um Elektronen der äußeren Elektronenschalen auf ein höheres Energieniveau zu bringen. Diese senden Energie in Form von Licht aus, wenn sie ihr ursprüngliches Energieniveau wieder Einnehmen.
Bremsstrahlung entsteht, wenn Elektronen der inneren Elektronenschalen durch Elektronenbeschuss auf ein höheres Energieniveau gehoben werden. Dabei ist die Energiedifferenz viel höher als beim Franck-Hertz-Experiment. Wenn die Elektronen ihr ursprüngliches Energieniveau wieder einnehmen, entsteht Röntgenstrahlung, deren Frequenz größer ist als die von sichtbarem Licht.
Ergo, sichtbares Licht entsteht durch Anregung von Außenelektronen und deren Energiebilanz, Röntgenlicht dagegen im inneren, kernnahen Elektronbereich.
LG H.
Ahhhhhh, ok ja jetzt habe ich es wirklich verstanden, vielen vielen Dank!! :)
Hi, poseidon42
Wie Du im letzten Satz Deiner Antwort selbst richtig feststellst, haben die Vorgänge in der Röntgenröhre mit denen beim FRANK-HETZ-Experiment wenig Gemeinsamkeiten, bzw. es kann in einer Röntgenröhre kein Elektronenstoß mit Hg- oder Ne-Atomen stattfinden, weil es sich bei dieser um eine Hochvakuum-Elektronenröhre handelt, die darüber hinaus für sehr hohe Beschleunigungsspannungen konstruiert ist. Für die Entstehung der Röntgenstrahlung ist, im Gegensatz zum FRANK-HERTZ- Experiment, die Wechselwirkung der energiereichen Elektronen (mehrere keV) mit dem Metall der Anode relevant. Der thematische Schwenk zur Röntgenröhre ist deshalb nicht sinnvoll.
LG
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