弗兰克赫兹实验

1914年，Franck (J. 1882—1964)和Hertz发现电子与原子发生非弹性碰撞时的能量传递是量子化的。他们的精确测量表明，当电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格保持在4.9eV，这意味着汞原子只接收了4.9eV的能量。

基本信息

时间

1914年

纪律

量子力学

证明

在原子的内部结构中存在着离散的固定能级

基本介绍

弗兰克

1914年，Frank (James Franck, 1882~1964)和Gustar Hertz(1887~1975)在研究中发现电子与原子非弹性碰撞过程中的能量传递是量子化的。他们的精确测量表明，当电子与汞原子碰撞时，电子损失的能量严格保持在4.9eV，这意味着汞原子只接收了4.9eV的能量。

在本实验中，可以观察到电子与汞蒸气原子碰撞过程中能量传递的量子化，并可以测量汞原子的第一激发势，从而加深了对原子能级概念的理解。

弗兰克-赫兹实验为能级的存在提供了直接证据，有力地支持了玻尔的原子理论。弗兰克专门从事低压气体放电的实验研究。1913年，他与柏林大学的G.赫兹(G. Hertz)合作，研究了电离势与量子理论之间的关系，使用了P.Lenard创造的反向电压法，从中他们获得了一系列气体的电离势，如氦、氖、氢和氧。后来，他们研究了电子和惰性气体之间的碰撞。

详细的信息

g赫兹

1925年，诺贝尔物理学奖被授予盖丁根大学的詹姆斯弗兰克(1882 - 1964)和g古斯塔夫赫兹(1887 - 1975)，以表彰他们发现原子被电子撞击的规律。

弗兰克-赫兹实验为能级的存在提供了直接证据，有力地支持了玻尔的原子理论。弗兰克专门从事低压气体放电的实验研究。1913年，他与柏林大学的G.赫兹(G. Hertz)合作，研究了电离势与量子理论之间的关系，使用了P.Lenard创造的反向电压法，从中他们获得了一系列气体的电离势，如氦、氖、氢和氧。后来，他们研究了电子和惰性气体之间的碰撞。1914年，他们得到了一个意想不到的结果。他们的结论是：

(2)这个临界速度可以测量到0.1V，测量结果是这个速度对应的是电子通过4.9V的加速度

(3)可以证明，4.9伏电子束的能量等于波长为2536的汞线的能量量子

(4) 4.9伏特光束损失的能量导致汞电离，因此4.9伏特可能是汞原子的电离电位。

弗兰克和G.赫兹的实验装置主要由一个充气三极管组成。电子从加热的铂丝中发射出来，在铂丝外面加一个同轴圆柱形栅格，栅格上的电压产生一个加速电场。电子通过栅极并被外层的圆柱形板所接受，在圆柱形板上用电流计测量电流。当管中充满汞蒸气时，他们观察到每隔4.9V的电位差，极板电流就会急剧下降。如果管中充满氦气，临界电位差约为21V，也会发生类似的情况。

Frank和G. Hertz最初以Stark的理论为基础，Stark认为线谱的原因是原子或分子的电离，光谱频率与电离势V具有如下的量子关系：h=eV。

Frank和G. Hertz在1914年之后的几年里坚持了Stark的观点，认为他们的实验无可辩驳地证实了Stark关于4.9V电位差导致汞原子电离的观点。也许是因为战争期间信息的缺乏和对玻尔原子理论的不了解，他们也在论文中声明，他们的实验结果与玻尔的理论不相符。事实上，玻尔在得知弗兰克-赫兹实验后，早在1915年就指出，弗兰克-赫兹实验的4.9V是他的能级理论所预测的汞原子的第一个激发态。

1919年，弗兰克和G.赫兹同意玻尔的观点。在他的诺贝尔奖获奖感言中，弗兰克说：“我们在利用电子碰撞来证明传递给原子的能量是量子化的科学发展方面的部分工作犯了许多错误，走了一些弯路，尽管玻尔的理论在这个领域开辟了一条直线。后来，我们认识到玻尔理论的指导意义，一切困难都解决了。我们很清楚，我们的工作已经获得了广泛的认可，因为它与普朗克，特别是玻尔的伟大思想和概念有关。”