Франк және Герц тәжірибелері.Бор постулаттарының тәжірибелі

Бор постулаттарының дұрыс екендігін неміс физиктері Джеймс Франк (1882-1964) және Густав Герц (1887-1975) жасаған тәжірибелері (1913ж.) айқын көрсетті. Олар тежегіш потенциал әдісімен электрондардың газ атомдарымен соқтығысуын зерттеу арқылы атомның энергия мәндері дискретті болатындығын тәжірибе жүзінде дәлелдеді.Тәжірибелердің идеясы мынадай. Электронның атоммен серпімсіз соқтығысуы кезінде электроннан атомға энергия беріледі. Егер атомның ішкі энергиясы үздіксіз өзгеретін болса, онда атомға энергияның кез келген мөлшері берілуі мүмкін. Егерде атом күйлері дискретті болса, онда оның ішкі энергиясы электронмен соқтығысқан кезде де дискретті өзгеруі – атомның стационарлық күйлердегі ішкі энергиясының айырымына тең мәндерге өзгеруі тиіс.Демек, серпімсіз соқтығысқанда электрон атомға белгілі энергия мөлшерін ғана бере алады. Бұларды өлшеп, атомның стационарлық күйлерінің энергиялары мәндерін анықтауға болады.Осыны экспериментте қондырғының көмегімен тексеру алға қойылды. Қысымы шамамен 13 Па болатын сынап буымен толтырылған разрядтық түрікте үш электрод бар: К-катод, С-тор, А-анод. Термоэлектрондық эмиссия салдарынан қыздырылған катод шығаратын электрондар катод пен тор арасындағы U потенциалдар айырымен үдетіледі. U шамасын бір сыдырғы өзгертуге болады. Тор мен анод аралығына ≈0,5 В болатын әлсіз тежеуіш өріс беріледі.Сонымен, егер қандай да бір электрон тордан 0,5 В –тан кем энергиямен өтетін болса, онда ол анодқа жете алмайды. Тордан өткен кезде энергиясы 0,5 В-тан артық электрондар ғана анодқа жетіп өлшеуге келетін I анодтық тоқты құрайтын болады.Тәжірибеде I анодтық тоқтың U үдеткіш кернеуден I (U) тәуелділігі зерттелген. Алынған нәтижелер 3.10-суретте келтірілген. Максимумдар Е1=4,9 эВ, Е2=2 Е1, Е3= 3 Е1 және т.т энергия мәндеріне сәйкес келеді.I (U) тәуелділігінің осындай түрі атомдардың шынында да 4,9 эВ-қа тең, тек дискретті энергия мөлшерлерін жұта алатындығымен түсіндіріледі.Электрондардың энергиясы 4,9эВ тан кіші болғанда,олардың сынап атомдарымен соқтығысуы тек серпімді болады да,электрондар торға тор мен арасындағы тежеуіш потенциалдар айырымынан өте алатындай жеткілікті энергиямен жетеді.U үдеткіш кернеу 4,9 Вқа тең болғанда,электрондар торға жақын маңайда серпімсіз соқтығыса бастайды,сонда сынап атомдарына бүкіл энергиясы берілетіндіктен,енді олар тордан кейінгі кеңістіктегі тежеуіш потенциалдар айырымынан өте алмайтын болады.Сондықтан, 4,9 В үдеткіш кернеуден бастап І анодтық ток кеми бастайды.Үдеткіщ кернеуді бұдан ары өсіргенде электрондардың жеткілікті саны серпімсіз соқтығысқаннан кейін тордан кейінгі тежеуіш өрістен өту үшін қажетті энергияны қабылдап үлгереді.І ток күшінің жаңадан өтуі басталады.Үдеткіш кернеу 9,8 Вқа дейін өскенде, электрондар бірінші серпімсіз соқтығысқаннан кейін,торға екінші серпімсіз соқтығысу үшін жеткілікті 4,9 эВ энергиямен жетеді.Екінші серпімсіз соқтығысқанда электрондар өзінің бүкіл энергиясын жоғалтады да анодқа жете алмайды.Сондықтан І анодтық токтың тағы да төмендеуі басталады.Тәжірибе нәтижелерінен сынап атомының негізгі күйі мен оған ең жақын қозған күйі энергияларының айырмасы 4,9 эВ қа тең болатындығы көрінеді.Бұл атомның ішкі энергиясының дискреттілігін дәлелдейді.
Франк және Герц тәжірибелері Бордың екінші постулатын – жиіліктер ережесін де растады.Үдеткіш кернеу 4,9 эВ қа жеткенде сынап буы толқын ұзындығы λ=253,7 нм ультракүлгін сәуле шығара бастайды екен.Осы сәуле сынап атомдарының бірінші қозған күйден негізгі күйге ауысуымен байланысты.Шынында да Бордың жиіліктер шартынан 〖 Е〗_2-E_1=2πcħ/ λ=2*3,14*3*〖10〗^8*1,054*〖10〗^(-34)/253,7*〖10〗^(-9)*1,6*〖10〗^(-19)=4,9 эВ алынады.Осы нәтиже жоғарыда келтірілген өлшеу нәтижелерімен жақсы үйлеседі.