Franck-Hertz-Röhre
Über diese App
Der Franck-Hertz-Versuch in 3D: Spannung ziehen, die Kurve zeichnet sich live, der Strom bricht in gleichen Abständen ein. Minima messen, Energie und Wellenlänge berechnen, Quecksilber oder Neon mit leuchtenden Schichten.
Mit Erklärmodus: Ein KI-Tutor führt dich durch die App, zeigt in der Szene, worauf es ankommt, und beantwortet deine Fragen.
Was der Franck-Hertz-Versuch zeigt
Elektronen laufen von einer Glühkathode durch Quecksilberdampf zu einem Gitter und nehmen dabei Energie auf. Unterhalb von 4,9 eV stoßen sie elastisch mit den Atomen und verlieren praktisch keine Energie. Ab 4,9 eV geben sie genau diesen Betrag an ein Atom ab. Hinter dem Gitter bremst eine kleine Gegenspannung, deshalb fehlen diese Elektronen am Auffänger und der Strom bricht ein. Das geschieht in gleichen Abständen der Spannung. James Franck und Gustav Hertz zeigten so 1914, dass Atome Energie nur in festen Portionen aufnehmen.
Was die App zeigt
Im Mittelpunkt steht die Röhre mit Kathode, Gitter, Auffänger, Atomen und fliegenden Elektronen. Stoßzonen leuchten dort, wo Elektronen die Anregungsenergie erreichen. Unter der Röhre liegt ein Energieband, das die Energie eines Elektrons an jedem Ort als Sägezahn zeigt. Die Kurve I(U) zeichnet sich live, während du die Spannung ziehst. Bei Neon erscheinen orangerote Leuchtschichten, von denen bei höherer Spannung weitere hinzukommen.
Was du ausprobieren kannst
Sage vor dem ersten Einbruch voraus, wie der Strom weiterläuft. Markiere die Minima, bestimme den Abstand und berechne daraus Energie und Wellenlänge. Verfolge ein einzelnes Elektron in Zeitlupe und ändere die Gegenspannung. Im Panel Atom stellst du die Energie eines Probeelektrons ein und siehst, dass das Atom nichts oder genau 4,9 eV aufnimmt. Abi-Aufgaben mit Rechenweg prüfen, ob du es rechnen kannst.
Häufige Fragen
- Warum bricht der Strom beim Franck-Hertz-Versuch ein?
- Sobald Elektronen kurz vor dem Gitter die Anregungsenergie erreichen, geben sie diese an ein Atom ab. Danach reicht ihre Energie nicht mehr aus, um gegen die Gegenspannung den Auffänger zu erreichen. Mit steigender Spannung wandert die Stoßzone zur Kathode, die Elektronen gewinnen wieder Energie, und der Strom steigt erneut.
- Warum liegt das erste Minimum nicht bei 4,9 V?
- Die Kontaktspannung zwischen Kathode und Gitter verschiebt die Kurve um rund 2 V, je nach Röhre. Aussagekräftig ist deshalb der Abstand zweier Minima: Er beträgt bei Quecksilber 4,9 V und wird von dieser Verschiebung nicht verändert.
- Warum leuchtet Neon sichtbar und Quecksilber nicht?
- Quecksilber gibt seine 4,9 eV in einem Schritt als UV-Photon mit 253,7 nm ab. Neon wird auf rund 18,7 eV angeregt und fällt in zwei Stufen zurück. Der erste Schritt von rund 2 eV liegt im sichtbaren Bereich und erzeugt das orangerote Leuchten.
- Was kann ich in der App messen?
- Du markierst die Minima der Kurve. Die App berechnet daraus den mittleren Abstand, die Energie in eV und Joule sowie die Wellenlänge. Die Stromwerte sind Modellwerte, die Lage der Minima folgt den gemessenen Energien.
Fach: Schulphysik
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