1. Entwicklung der Atomphysik

2. Bohrsches Atommodell

3. Quantenzahlen

4. Übergänge zwischen Energieniveaus

5. Bedeutung und Ablauf des Franck-Hertz-

Versuches

Fortgeschrittenenpraktikum:

Der Franck-Hertz-Versuch

Beschreibung und Erklärung der Eigenschaften makros-kopischer Materie durch ihren mikroskopischen Aufbau

Ziel der Atomphysik

• Demokrit (460-370 v. Chr.), Begründer der Atomtheorie• 17 Jhd., Wiederbelebung der Atomtheorie durch genauere

Wägemethoden• 19 Jhd., kinetische Gastheorie (Clausius, Maxwell, Boltzmann) • Um 1895, Entdeckung von Ionen und Elektronen (Lenard, Hittorf)• 1899, Struktur von Atomen: Thomsonsches Modell• 1911, Rutherfordsches Atommodell• 1913, Franck-Hertz-Versuch, Quantisierung von Zuständen• 1913, Bohrsches Atommodell• 1926, Schrödinger-Gleichung, Quantenmechanik

Geschichte derAtomphysik

• Die Elektronen mit der Ladung –e bewegen sich auf Kreisbahnen um den Atomkern mit der Ladung Ze.

• Der Drehimpulsbetrag des Elektrons ist quantisiert

• Durch Absorption von Licht können Übergänge zwischen zwei Niveaus erzeugt werden, dabei gibt Ek – Ei = h νννν

Das Bohrsche Atommodell

Die Elemente unterscheiden sich durch die Anzahl der Protonen im Kern. Isotope eines Elements unterscheiden sich durch verschiedene Anzahlen von Neutronen im Kern.Das Atom ist neutral, wenn die gleiche Anzahl von Elektronen und Protonen vorkommt. Ist diese Anzahl unterschiedlich, spricht man von Ionen.

Verallgemeinerung auf mehrere Elektronen

Der Zustand eines Elektrons kann durch vier Quantenzahlen beschrieben werden:n: Hauptquantenzahll: Drehimpulsquantenzahlm: Projektionsquantenzahls: Spinquantenzahl

Das Pauli-Prinzip besagt, dass ein Zustand mit einer bestimmten Quantenzahl nur von einem Elektron besetzt sein kann.

Das Pauli-Prinzip

Emission und Absorption von Strahlung kann durch Übergänge der Elektronen zwischen zwei Niveaus erklärt werden. Dabei gelten die Auswahlregeln:∆∆∆∆m = 0 (linear pol.)∆∆∆∆m = +/- 1 (zirkular pol.)∆∆∆∆l = +/- 1∆∆∆∆S = 0

Übergänge

Der Franck-Hertz-Versuch

Eleganter Nachweis der Quantisierungvon Zuständen durch Stöße zwischen Elektronen und Atomen

Erzeugung von Elektronen

Der Strom wird nach demRichardson-Gesetz

berechnet

Durchführung des Versuchs

• Elektronen werden zum Gitter G durch die Spannung U beschleunigt

• Der Strom I wird in Abhängigkeit von U gemessen

Erklärung

• Die Elektronen besitzen nach Durchlauf der Röhre die Energie e U

• Sie stoßen mit den Quecksilberatomen zusammen, wobeie- + Hg -> Hg*(E_a) + e- - ∆∆∆∆E_kin

• Haben die Elektronen die Energie E_a erreicht, können inelastische Stöße auftreten und der gemessene Strom nimmt ab

• Die genaue Form der Abhängigkeit I(U) hängt vom Querschnitt und von der Energieverteilung der Elektronen ab