8.การทดลองของฟรังก์และเฮิรตซ์

19.7  การทดลองของฟรังก์และเฮิรตซ์

1. ฟรังก์และเฮิร์ตซ์ได้ทำการทดลองเรื่องการชนกันของอะตอมต่างๆ โดยใช้ประจุอิเล็กตรอนกับอะตอมของ

ปรอท

2. เมื่ออิเล็กตรอนชนกับอะตอมของปรอทจะทำให้เกิดการถ่ายเทพลังงานจากอิเล็กตรอนไปยังอะตอม และ

พลังงานที่อะตอมได้รับจะถ่ายทอดต่อไปยังอิเล็กตรอนในอะตอมอีกต่อหนึ่ง ถ้าพลังงานมากพอที่จะทำให้

เกิดอิเล็กตรอนหลุดออกมาเป็นอิสระแสดงว่าเกิดการ  Ionization

3. จากการทดลองของฟรังก์และเฮิรตซ์  พบว่า

3.1  ถ้าพลังงานจลน์ที่อิเล็กตรอนต่ำกว่า  4.9  eV  (ความต่างศักย์ที่ใช้เร่งอิเล็กตรอนต่ำกว่า 4.9  eV ) การ

ชนระหว่างอิเล็กตรอนและอะตอมของปรอทจะเป็นการชนแบบยืดหยุ่น (elastic  collision) คือ E_kก่อนชน

เท่ากับ E_k  หลังชนนั่นแสดงว่า อิเล็กตรอนไม่สามารถทำให้อะตอมของปรอดเปลี่ยนระดับพลังงานจาก

Ground  State  ได้ เพราะอะตอมของปรอทไม่สามารถดูดกลืนพลังงานจลน์ที่ต่ำกว่า 4.9  eV ได้

3.2  เมื่อเพิ่มพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนเป็น  4.9  eV ทำให้อะตอมของปรอทเปลี่ยนระดับพลังงานจาก  Ground  State  (E₁) ไปยัง  Excited  State (E₂)  ครั้งแรกสุดของการกระตุ้นได้

3.3  ถ้าเพิ่มพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนขึ้นไปอีก ก็จะกระตุ้นอะตอมของปรอทอะตอมที่สอง และอะตอมที่สามได้อีกเรื่อยๆ แต่ทุกอะตอมของปรอทยังคงต้องการพลังงานจลน์  4.9 eV  เหมือนเดิม

3.4 ถ้าอะตอมของปรอทที่ถูกกระตุ้นไปอยู่ในระดับพลังงาน E₂  และจะเปลี่ยนระดับพลังงานเข้าสู่ระดับพลังงาน Ground  State  (E₁) จะต้องปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า  ซึ่งเรียกว่า Photon  มีพลังงานเท่ากับ  4.9 eV

3.5 ฟรังก์และเฮิร์ตซ์  สรุปการทดลองว่า ในการชนระหว่างอิเล็กตรอนกับอะตอมจะดูดกลืนพลังงานได้เพียงบางจำนวนเท่านั้นซึ่งชี้ให้เห็นว่าระดับพลังงานของอะตอมไม่ต่อเนื่อง กันเป็นไปตามทฤษฎีของโบร์  คือ 4.9 , 6.7 , และ  10.4  eV   ดังรูป 19.11

รูป  19.11  การรับพลังงานของอะตอมของปรอท