Einleitung
Im Jahre 1913 postulierte Niels Bohr, dass Atome nur konkrete Energieniveaus einnehmen können. Das heißt, ein Atom kann
erst ab einer bestimmten Energie angeregt werden; es kann also mit Energiebeträgen, die niedriger sind als die
Energiedifferenz zum nächsthöheren Energieniveau, nichts anfangen.
Diese Energie kann durch einen Stoß zwischen einem schnellen Elektron und einem Atom zugeführt werden. In unserem Fall
dienen Quecksilberatome als Stoßpartner des Elektrons. Trifft das Elektron auf das schwerere Hg-Atom, so gibt
es einen Teil seiner Energie ab; es verliert also an kinetischer Energie und fliegt langsamer weiter.
Dieser Vorgang ist allerdings nur bei bestimmten Beschleunigungsspannungen zu bemerken. Denn wenn die Energie der
Elektronen geringer als die niedrigste Anregungsenergie der Atome ist, sind nur elastische Stöße möglich. Die innere
Energie der Atome wird dann nicht geändert, auch die Elektronen behalten ihre kinetische Energie fast vollständig, da die
Masse der Atome 370 000 mal größer als die der Elektronen ist.
Bei ausreichender Energie der Elektronen sind unelastische Stöße möglich; d.h. die Elektronen verlieren einen Teil
ihrer kinetischen Energie an die Atome. Dieser Energiebetrag entspricht genau der Anregungsenergie 4,9 eV des Atoms
(die Angaben der Hg-Atom-Anregungsenergie können je nach Literatur um einige hundertstel eV abweichen).
Der Franck-Hertz-Versuch ist also ein Nachweis dafür, dass (Quecksilber-)Atome, die sich im Grundzustand befinden, Energien
unterhalb einer bestimmten Schwelle nicht aufnehmen können.
