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Historisches zum Franck-Hertz-Versuch (1)
Bei dem von James Franck dargestellten Versuch (ab 25:30) weist er darauf hin, dass der Kolben aus Quarzglas bestand. Begründen Sie, warum bei diesem Experiment einfaches Glas nicht sinnvoll gewesen wäre.
James Franck geht am Ende seines Vortrags (ab 27:20) darauf ein, dass Hertz und er keine Kenntnis von den Überlegungen Bohrs hatten. Nennen Sie die Gründe dafür, die Franck anspricht.
Bei 20:50 bis 21:15 im Film wischt der Vortragende auf seiner Skizze das zweite von ihm gezeichnete Kreuz weg, bevor er es kurz später wieder setzt. Begründen Sie, warum er dies so tun musste.
Im oben genannten Bereich 20:50 bis 21:15 im Film zeichnet der Vortragende drei Kreuze.
Erläutern Sie, ob Sie insbesondere unter Beachtung ihres Abstands diese drei Kreuze genauso oder doch eher ein wenig anders gesetzt hätten.
An der Stelle (21:50) im Film findet sich eine Angabe über die Energie der Photonen.
Recherchieren Sie die dort genannte Einheit "Ångström" und erklären Sie die Rechnung, insbesondere die Zahl 12397.
Bestätigen Sie durch eine Rechnung, dass ein 4,9 eV-Elektron tatsächlich ein Quecksilberatom zur Emission eines Photons mit $\lambda$=2537 Å anregen kann.
Ab 21:55 im Film benutzt der Vortragende einen sog. "Rechenschieber", der bis zu Beginn der siebziger Jahre des vorigen Jahrhunderts hinein ein gängiges Rechenhilfsmittel darstellte, da es noch keine Taschenrechner gab. Im Internet finden Sie viele Seiten mit Erklärungen, wie ein Rechenschieber funktioniert und wie dafür die Logarithmengesetze genutzt werden.
Informieren Sie sich über seine Funktionsweise zum Beispiel an dieser Stelle und stellen Sie kurz dar, wie eine Multiplikation von Zahlen auf eine Addition von Strecken zurückgeführt wird und warum dies funktioniert.
Vollziehen Sie mit dem interaktiven Rechenschieber das Rechenergebnis ab 22:00 im Film nach:
Wenn Sie einen Rechenschieber selbst ausprobieren möchten, erreichen Sie durch Anklicken der nachfolgenden Abbildung eine interaktiv bedienbare Animation:
Ab 18:45 im Film werden zwei Interpretationen der Messkurven zum originalen Franck-Hertz-Versuch vorgestellt. Erläutern Sie mit eigenen Worten, warum dieses eine Experiment sowohl die erste als auch die zweite der Ergebnisinterpretationen zulässt.
Erklären Sie anhand der Darstellung von Franck im Epilog des Films, wie Hertz und er mit einem anderen Experiment nachgewiesen haben, dass die erste Interpretation ausgeschlossen werden konnte.
Online verfügbar ist ein Film des PSSC (Physical Science Study Committee) aus dem Jahr 1960, in dem sehr ausführlich und anschaulich Aufbau, Durchführung, Ergebnis sowie Interpretation des Franck-Hertz-Versuchs dargestellt werden. Am Ende des Films gibt es zudem einen Epilog des damals fast 80 Jahre alten James Franck. Er nimmt u. a. dazu Stellung, warum Franck und Hertz 1914 die Bohr'schen Postulate bei Veröffentlichung ihrer Ergebnisse nicht bekannt waren, so dass beide damals fälschlicherweise davon ausgingen, die Ionisationsenergie statt der ersten Anregungsenergie des Quecksilberatoms gemessen zu haben. Diese fehlerhafte Interpretation findet sich auch noch in einer ebenfalls online verfügbaren Zusammenfassung vom 5. Mai 1914 von Franck und Hertz ihres nach ihrer Originalveröffentlichung gehaltenen Vortrags vom 24. April 1914 bei der Deutschen Physikalischen Gesellschaft in Berlin.
Besonders sei an dieser Stelle auf folgende Angaben im Film (Minute:Sekunde) hingewiesen:
- Vollständiges Quecksilberspektrum (00:50)
- Mechanisches Modell für den elastischen und unelastischen Stoß ohne/mit Energieübertrag (04:15)
- Sichtbarkeit des Quecksilbertropfens in der Franck-Hertz-Röhre (08:00)
- Erläuterung des Röhrenaufbaus (08:30)
- Sichtbarmachung des Verdampfens des Quecksilbers bei Erwärmung (11:50)
- Damals (1960) üblicher x-y-Schreiber als Aufzeichnungsgerät (15:50)
- Vollständige Messkurve (17:40)
- Zwei Interpretationen des Versuchsergebnisses (18:45)
- Vergleich mit Photon der Wellenlänge 253,7 nm (21:40)
- Beginn des Vortrags von James Franck (24:10)
- Experiment zur Messung der Wellenlänge des vom angeregten Quecksilber ausgesandten Lichts (25:15)
- Hinweise von Franck zu dem ihm damals unbekannten Bohrschen Atommodell (27:25)