Versuchsaufbau
Skizze des Franck-Hertz-Rohres
Man erhitzt das mit ein wenig
Quecksilber gefüllte Franck-Hertz-Rohr mittels dem eingebauten Ofen auf die optimale
Temperatur von ca. 170°C, bis in dem Rohr ein Unterdruck (durch das verdampfte Quecksilber) von etwa 20 hPa herrscht.
Der Heizofen sollte mindestens 30 Minuten vor Versuchsbeginn eingeschaltet werden, da die Röhre einige Zeit benötigt,
um die gewünschte Temperatur zu erreichen. Diese Erhitzung ist deshalb notwendig, da Quecksilber bei Raumtemperatur
flüssig ist. Um Zusammenstöße zwischen Elektronen und Quecksilberatomen zu realisieren benötigt man "freie"
Quecksilberatome, die durch das Verdampfen des Quecksilbers frei beweglich werden (gasförmiges Quecksilber).
Das Franck-Hertz-Rohr ist, wie in den Skizzen gezeigt, aufgebaut. Eine Kathode emittiert Elektronen, die
aufgrund einer Heizung jene Kathode verlassen können und durch die gitterförmige Anode bis zum Auffänger
gelangen. Diese Heizstromstärke sollte etwa zwischen 300 und 400 mA liegen, da eine niedrigere Stromstärke die
Lebensdauer der Röhre verkürzen kann.
Bei erreichter Temperatur wird zwischen Anode (Gitter) und Auffänger eine Gegenfeldspannung UG von etwa
1,2 Volt angelegt, die aus einer Zelle eines Nickel-Cadmium-Akkus gewonnen werden kann (Ich verwendete zwei Zellen, die
zusammen etwa 2,58V lieferten). Diese bewirkt, dass Elektronen,
die einen Großteil ihrer Energie durch unelastische Stöße verloren haben, nicht zum Auffänger, der gegenüber der Anode
ein negatives Potential besitzt, gelangen, sondern wieder zurück zur Gitteranode kehren. So werden nur die Elektronen
im gemessenen Auffängerstrom berücksichtigt, die nach einem oder mehreren Stößen eine höhere Energie besitzen als
durch die Gegenspannung definiert (E = e0 · UG).
Deshalb ist der Auffängerstrom ein Maß dafür, wie viele Elektronen die Hg-Atome (durch unelastische Stöße) anregen
konnten.
Weiterhin muss eine Heizspannung von ca. 6.3 Volt Wechselspannung an die Kathode angelegt werden, um den Austritt von
Elektronen aus der Kathode zu ermöglichen.
Zwischen Kathode und Anode legt man eine Beschleunigungsspannung UB an, die über einen Spannungsgenerator
verändert werden kann (empfohlen wird zusätzlich ein Schiebewiderstand (10kW), um die
Beschleunigungsspannung in kleinen Schritten von etwa 0.5 Volt zu regeln).
Über ein BNC-Kabel, das an der dafür vorgesehenen Buchse am Auffänger angeschlossen wird, kann der Auffängerstrom zum
Messgerät geführt werden. Dieses Messgerät besitzt einen sehr hohen Verstärker-Eingang, sodass jede Bewegung des Koaxialkabels
während des Versuchs ein An-/Abstieg des Stromes aufgrund von Reibungselektrizität bewirken kann (siehe auch im Kapitel
"Zur Facharbeit/Probleme").
