Theorie
Bereits 1913 zeigten die Physiker James Franck und
Gustav Hertz, dass sich die Quecksilber(Hg)-Atome im Hg-Dampf nur dann
durch Elektronenstöße anregen lassen, wenn die Energie der Elektronen mindestens gleich der niedrigsten Anregungsenergie
der Hg-Atome ist. D.h. anregende Elektronen (hier durch unelastische Stöße) benötigen eine Mindestenergie,
um ihre Stoßpartner, also die Hg-Atome, auf ein nächsthöheres Energieniveau zu heben.
Dabei geben die Elektronen genau den Teil ihrer kinetischen Energie an die Hg-Atome ab, der der Anregungsenergie der
Hg-Atome entspricht. Besitzen die Elektronen nach einem solchen unelastischen Stoß noch genügend kinetische Energie, um
zum Auffänger (Erklärung weiter unten) zu gelangen, bewirken sie ein Ansteigen des Auffängerstroms. Der Auffängerstrom
ist also ein Maß für die kinetische Energie der Elektronen.
Neben den unelastischen Stößen existieren aber auch noch die elastischen Stöße. Diese treten auf, falls die kinetische
Energie eines Elektrons geringer ist als die Anregungsenergie des Hg-Atoms. Folglich kann das Elektron das Atom nicht
anregen und prallt somit - wie an einer Wand - ab.
Damit dieser Abprall-Effekt nahezu ohne Energieabgabe eintritt, muss der anregende Stoßpartner eine geringere Masse
besitzen, als das Atom. Diese Anordnung ist in unserem Fall gegeben (die Masse des Elektrons ist sehr viel kleiner
als die des Hg-Atoms).
