Sprawozdanie - Stany wzbudzenia atomów rtęci i neonu PDF

Preview

Summary

Stany wzbudzenia atomów rtęci i neonu...

Description

WYDZIAŁ FIZYKI

Poniedziałek 14 - 17 Zespół 24 kwietnia 2017 5 Ocena Wojciech Żurkowski Przygotowanie Sprawozdanie Końcowa Jakub Zdziebłowski Prowadzący

Podpis prowadzącego

Stany wzbudzenia atomów rtęci i neonu

1

Cel doświadczenia

Celem doświadczenia jest powtórzenie doświadczenia na wzór eksperymentu Francka-Hertza i wyznaczenie różnicy energii poziomów energetycznych w atomach par rtęci i neonu.

2

Wstęp teoretyczny

W 1913 roku Niels Bohr opublikował nowy model atomu. Model ten zakładał że w atomie istnieją ściśle określone dozwolone orbity, zwane stacjonarnymi, po których poruszają się elektrony nie wypromieniowując energii, zaś przy zmianie orbity zmienia się energia elektronu i atom emituje, bądź absorbuje foton. Energia wypromieniowanego fotonu jest równa różnicy energii elektronu na orbitach, pomiędzy którymi przemieszcza się elektron. Doświadczenie przeprowadzone przez Francka i Hertza, polegające na badaniu przewodnictwa elektronowego w lampie wypełnionej parami rtęci, potwierdziło model atomu Bohra. W tym doświadczeniu, naukowcy zaobserwowali powtarzające się zmiany wartości prądu płynącego w lampie w zależności od przyłożonego do niej napięcia. To dowodziło, że w zderzeniach z elektronami atomy gazu nie pochłaniają energii w sposób ciągły lecz porcjami, co dowodziło, że oddziaływanie elektronów z atomami ma charakter kwantowy.

3

Opis przebiegu doświadczenia

Doświadczenie polegało na zmierzeniu zależności prądu płynącego w lampie elektronowej od napięcia anodowego przy stałych wartościach napięć na siatkach i napięcia żarzenia. Doświadczenie wykonano dla lampy wypełnionej oparami rtęci rozgrzanej do temperatury 180c ircC oraz dla lampy wypełnionej neonem. Napięcie zmieniano w zakresie 0-30 V (dla rtęci) i w zakresie 0-70 V (dla neonu). W celu zmierzenia prądu anodowego mierzono spadek napięcia na rezystorze w obwodzie anody. Na podstawie wykresu prądu anodowego od napięcia należało znaleźć wartości napięć odpowiadające minimom na wykresie. Różnica napięć pomiędzy kolejnymi minimami wyznacza energię potrzebną do wzbudzenia atomu.

1

W celu wyznaczenia średniej energii potrzebnej do wzbudzenia atomu, wyznaczyliśmy różnice napięć pomiędzy maksymalnie odwalonymi od siebie minimami prądu. Wartość ta, podzielona przez ilość minimów i pomnożona przez ładunek elektronu wyznacza szukaną energię. W celu dokonania pomiarów wykorzystano układy pokazane na rysunku.

Rysunek 1: Schematy aparatury pomiarowej z lampą rtęciowa

Rysunek 2: Schematy aparatury pomiarowej z lampą neonową

2

4

Pomiary

Wyniki przedstawiono na poniższym wykresie, pod każdym z wykresów zamieszono tabelę z dokładnymi wartościami minimów.

Rtęć 500

400

I_a (nA)

300

200

100

0 0

10

20

30

U_a (V)

Rysunek 3: Wykres zależności prądu anodowego od napięcia dla lampy z parami rtęci U1 [V] 4,5 9,0 14,0 19,0 24,0 29,5 UI [mV] 2,45 5,55 4,64 8,48 10,55 27,48 I [nA] 24,5 55,5 46,4 84,8 105,5 274,8

Neon 300

I_a (nA)

200

100

0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

U_a (V)

Rysunek 4: Wykres zależności prądu anodowego od napięcia dla lampy z parami Neonu U1 [V] UI [mV] I [nA]

22 0,91 9,1 3

39 1,35 13,5

56 5,59 55,9

W celu znalezienia szukanej energii wykorzystano poniższy wzór. E=

e∆U n−1

(1)

Gdzie: ∆U – różnica napięć pomiędzy skrajnymi minimami, n – liczba minimów na wykresie e – wartość ładunku elementarnego. Przyjęte niepewności pomiaru prądu i napięcia wynoszą: ∆V =0,1 V ∆I = 2 nA Szacujemy niepewność wyznaczenia energii wzbudzenia jako podwojoną niepewność wyznaczenia minimum napięcia: 2e∆V (2) u(E) = n−1 Wyniki dla lampy rtęciowej 8.01(6) · 10−19 J Wyniki dla lampy neonowej 2.72(1) · 10−18 J

5

Wnioski

Wyznaczone wartości energii wzbudzenia atomów rtęci i neonu zbliżone są do ogólnoprzeczących wartości dla tych pierwiastków. Niepewności wyznaczonych energii nie są duże, co potwierdza słuszność wyników. Wyniki obarczone są błędem wynikającym z niedokładności pomiarów napięcia i prądu. Wartości wskazywane przez przyrządy pomiarowe ulegały dużym zmianom podczas odczytu wskazań dla poszczególnych punktów pomiarowych.

4...