- Trang chủ >>
- Khoa Học Tự Nhiên >>
- Vật lý
Gustav Hertz potx
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (86.79 KB, 5 trang )
Gustav Hertz
Gustav Hertz sinh ngày 22.07.1887 tại Hamburg, Đức. Ông theo học vật
lý tại các trường đại học: Gottingen, Munich, Berlin. Cùng với nhà vật lý
người Mỹ James Franck, Hertz đã tiến hành những thí nghiệm quan trọng -
chứng minh sự đúng đắn của lý thuyết lượng tử do nhà vật lý người Đức Max
Planck đề xướng. Do những cống hiến này, Hertz và Franck đã được trao giải
thưởng Nobel vật lý năm 1925.
Cùng với nhàvật lý người Mỹ James Franck,Hertz đã tiến hành những thí
nghiệmquan trọng - chứngminh sự đúng đắn của lý thuyếtlượng tử do nhà vậtlý
người Đức Max Planckđề xướng.Do nhữngcống hiến này, Hertzvà Franckđã
được traogiải thưởng Nobelvậtlýnăm 1925. Từ năm 1925đến1935, Hertz là
giáo sư vật lý thựcnghiệmtại các trường đạihọc: Halle, Berlin Năm 1935,ông là
giám đốcphòngthí nghiệm Siemens tại Berlin.Năm 1945,Hertz đếnLiên Xô tiến
hành cácnghiêncứu về vật lý nguyêntử. Ông được trao giải thưởng Stalin năm
1951. Hertzmất ngày 30.10.1975tại Berlin,Đức.
Thí nghiệmFranck- Hertzlà một thí nghiệmvật lý ủnghộ cho mô hình nguyên tử
Bohr,tiền thân củacơ học lượng tử. Năm1914, các nhàvật lý ĐứcJames Franckvà
Gustav Ludwig Hertzđã đi tìm bằng chứng thực nghiệm cho mô hìnhBohr về
nguyêntử chorằng các electronquay quanhhạt nhânvới các mức nănglượng xác
định vàgián đoạn. Thí nghiệm củahọ đã khẳng định môhình lượngtử hóa của
Bohr với việcchứng minhrằng trong thực tế nguyên tử chỉ có thể hấp thụ (và bị
kíchthích bởi) những luợng năng luợng xác định(các lượng tử nănglượng).
Franck và Hertzđã được trao giải Nobel về Vật lý năm 1925cho công trình của họ.
Thí nghiệm
Thí nghiệmkinhđiển này liên quan đếnmột ống chứa hơithủy ngân ở áp suất
thấpđựợc gắnvới ba điệncực: một catot (âm cực) phát electron,mộtlưới gia tốc
và mộtanot (dươngcực). Cực anotđược giữ ở một điện thế hơi âmso với luới
(mặc dù vẫnlà dươngso với catot), sao chocác electronphải cómột động năng
nhỏ để baytới nó sau khi đi qua lưới.Các thiết bị được lắp đặt để đo dòng điện đi
qua giữa các điện cực,và điều chỉnh hiệu điện thế giữacatot và lướigia tốc.
Ở hiệu điện thế thấp - dưới 4.9voltvới ống chứahơi thủy ngân - dòngđiện đi qua
ống tăngđều đặnvới hiệu điện thế tăng dần. Thế càngcao, điện trườngcàng mạnh
và các electron càng bị kéo mạnh về phía lưới gia tốc.
Ở 4.9 voltcườngđộ dòng điệnđột ngộtgiảm xuốngmột cách rõrệt, gầnnhư là trở
về không.
Dòngđiện sau đó lại tăng đều trở lại khi thế tiếp tục tăng cho tới khi đạttới 9.8 volt
(chính xác bằng hailần 4.9volt).
Ở 9.8 voltlại quansát đuợc hiện tượnggiảm nhanhdòngđiện tương tự.
Chuỗi tăng giảm cường độ dòng điện này vớisố giaxấp xỉ 4.9 volt cứ tiếp diễn cho
tới hiệuđiện thế ít nhất là 100volt.
Giải thích
Franck và Hertzđã giải thíchthí nghiệm của họ trên cơ sở các vachạm đànhồi và
khôngđàn hồi. Ở hiệu điện thế thấp, các electron được gia tốc chỉ thu đuợc một
độngnăng nhỏ. Khichúng va chạm vớicác nguyên tử thủy ngântrong ốngđó chỉ là
những vachạm đàn hồi thuần túy. Hiệntuợng này là do một nguyên tử không thể
hấp thụ năng luợng chođến khi năngluợngva chạm lớn hơnnăng luợng cần thiết
để đưamột electron lên một trạng thái cónăng lượngcao hơn. Với cácva chạm
đàn hồi thuầntúy, tổngđộng năng của hệ giữ nguyên khôngđổi (khôngcó sự
chuyển hóa thành cácdạng nănglượng khác như quang năng).Vì electron nhẹ hơn
hơnmột nghìn lần so với thậmchí là nguyên tử nhẹ nhất (hydro),điều đó có nghĩa
là electrongiữ lại đượcphần lớn động năng của nó. Hiệu điện thế cao hơn kéo
nhiều electron hơnqua lướivề phíaanotvàdòngđiện quansát đuợc cũng tănglên,
cho đến khi hiệu điện thế giatốcđạt đến4.9 volt.
Sự kích thích năng lượng điệntử thấp nhất của một nguyên tử thủy ngân đòi hỏi
4.9 electronvolt(eV), tươngứng với vạch phổ phát xạ tử ngoại của thủy ngân tại
254 nm.Khi thế gia tốc đạtđến 4.9volt, mỗi electron tự do thuđược một động
năng chínhxác là 4.9eV khi nó tới được lưới gia tốc (cộng thêm vớinăng lượng
chuyển động nhiệt màelectroncó được khi bị đốt nóngở catot).Hệ quả là sự va
chạmgiữa mộtnguyên tử thủy ngân vớimộtelectron tự do tại điểmđó có thể là
khôngđàn hồi: tức là, động năng của mộtelectron tự do có thể đuợc chuyển thành
năng lượngcủamột electronliên kết trong một nguyên tử thủy ngânvà làm tăng
mức năngluợngcủa electrronnày. Với việc mất mát toàn bộ động năng thu được,
electrontự do như vậy không thể vượt quahàngrào thế năng chỉ hơi âmđể bay
tới anot,và dòngđiện ghi nhận đượcrớt xuốngngay lậptức.
Khi thế lại tăng lên, các electron vẫn sẽ tham gia các va chạm không đàn hồi, mất đi
4.9 eV ở đâu đó (khimà nó thuđược một độngnăng chínhxác bằng 4.9 eV) trên
đườngđi tới lưới gia tốcnhưng rồi sauđó lại tiếp tụcđược gia tốc và đạtđến anot.
Theo cách này dòng điện lại tăng lêntrở lại sau khithế gia tốc vượt quá 4.9 V.Ở
9.8 V, tìnhhuốnglại thayđổi. Ở đó, mỗi electron bây giờ có vừa đủ năng lượng để
thamgia va chạmkhông đànhồi, kích thích hainguyên tử thủy ngân, và rồidừng
lại với động năng đã mấthết. Một lần nữa,dòng điện lại tụt xuống.Với những
khoảng 4.9eV, quátrình nàysẽ lặp lại; mỗi lầncác electron sẽ trải qua thêm một
va chạm khôngđàn hồi.
Hiệu ứngtrong các chất khí khác
Hiện tượng hoàn toàn tương tự cũng đượcquan sát đối vớikhí neon,nhưngxảy ra
ở một ngưỡnghiệu điện thế khác và có thể thấy rõ bằng mắt thường: một quầng
sáng sẽ xuấthiện trong vùngkhí có xảy ra sự kích thích. Đó là do nguyêntử neon
sau khi bị kích thích sẽ nhanhchóng chuyểnvề trạng thái có năng lượng thấp hơn
và giải phóng ramột photon ứngvới bước sóng củaánh sáng trong miền khả kiến.
Để kích thích khí neon phát sáng cần tăngthế gia tốc electronlên đếnxấp xỉ 19 V.
Lúc này các nguyên tử neon cóthể được đưa lên các trạng thái3S ở các mứcnăng
lượng từ 18.3 đến 18.9eV sau đó trở về các trạng thái 2P từ 16.57đến 16.79eV và
phátra photon có màu đỏ, cam, vàng haylục tùy thuộc vào bước chuyển xảy ra.
Nếu bướcchuyển là từ 3S2(một trong4 mứcnăng lương trong nhóm 3S)về 2P4
(một trong10 mức năng lượng của nhóm 2P) thì photon phát ra có màu đỏ (633
nm) còn nếu làtừ 3S2 về 2P10 thì photonlà lục(543 nm).
Vùngsáng này sẽ chuyển dần từ lưới gia tốc về phía catotkhi thế gia tốc tăng
lên, tới bất cứ điểm nàotrong ốngmà electron thu được đủ 19 eV cần thiết cho
việc kíchthích một nguyên tử neonlên cáctrạng thái3S. Ở 38 V haivùng sáng
phân biệt có thể nhìn thấy; một ở giữa catotvà lưới,và một ở ngaytại lưới gia tốc.
Thế càngcao, cứ cách 19 V lại tạo rathêm mộtvùng sáng nữa trongống.
