[현대물리실험] 프랑크 - 헤르쯔 실험

목차

1. 초 록

2. 서 론

3. 실험방법

4. 데이터 및 토의

5. 결 론

6. 참고문헌

7. 토의

본문내용

더 정확하게 실험을 하자면 스펙트로미터가 있어야 하겠다. 직접 네온에서 나오는 빛의 파장을 측정하여 그 에너지가 3p - 3s 사이의 에너지임을 확인할 수 있다면 가장 정확하다 할 수 있겠다.
그리고 위에서 이야기한 이유에 비추어 수은을 쓰는 Franck-Hertz 실험은 네온을 쓰는 그것보다 쉽게 관측할 수 없는 실험이다. 물론 같은 전압변화에 더 많은 피크를 얻을 수는 있겠지만 스펙트로미터가 없다면 여기된 전자가 바닥상태가 되면서 방출하는 전자기파의 파장을 대략적으로도 알 수 없으므로 E = 4.88eV => = 2.54*10-7
위의 값은 여기된 수은원자가 바닥상태가 되면서 방출하는 에너지 인데 이는 가시광선 영역이 아니라 자외선 부근이기 때문에 육안으로는 관측할 수 없다.
원했던 목적을 해결했다 할 수 없을 것이다.
5. 결 론
실험결과는 만족할 만큼 정확한 값을 얻지 못하였다. 실험 1에서 좀더 명확한 그래프를 얻지 못해 피크를 제대로 잡을 수 없어 에너지 간격을 정확히 잡아낼 수 없었고 실험 2에서도 스펙트로미터가 없는 관계로 정확한 빛의 파장, 방출 에너지를 구해낼 수 없었다. 하지만 대략적인 그래프 모양에서 피크가 생기는 것과 그 간격이 대충은 예상값과 맞아 떨어지는 것, 육안으로 확인한 네온이 방출하는 전자기파의 종류도 대충은 예상한 값과 일치하는 점에서 부정확 하지만 네온원자의 전자궤도가 불연속적임을 파악할 수 있다. 즉 그래프 1에서 처음 값의 차가 16.6eV, 두 번째가 22eV임을 생각 할 때 차이가 있기는 하지만 미숙한 조작으로 인해 많아진 오차의 원인들을 감안해 볼 때는 예상한 값에 크게 벗어나지 않았다는 점을 확신할 수 있다. 특히 네온이 방출하는 전자기파가 주황색에 가까운 빨강색이었는데 이는 계산상 - < 식 1 > 참고 - 큰 색깔 차이라도 계산되는 전자기파의 에너지차이는 크지 않음을(실험 1의 오차와 비교해서) 생각 할 때 Cathod에서 방출된 전자의 에너지가 제대로 네온에 흡수되었음을 알 수 있고 또한 그 값이 우리가 이론으로 가정했던 값과 같음도 알 수 있었다. 따라서 네온원자가 불연속적인 에너지 준위를 갖는 다는 것은 우리가 얻은 결과로도 증명할 수 있고 실험의 목적이 불연속적인 에너지 준위를 확인하는 것임을 상기하면 실험목적을 달성했다고 할 수 있겠다.
좀더 정확한 목적 달성을 위해서는 첫 째, 전압 U1, U2, U3를 잘 조정해서 실험장비가 좀더 정확한 결과를 산출할 수 있도록 하고, 두 번째로는 스펙트로미터를 가지고 네온이 방출하는 전자기파를 관찰해 정확한 파장을 얻어 그 결과를 실험 1의 피크간 에너지 차이와 대조해야 하겠다. 이 외에도 CASSY프로그램의 사용법과 각 기기들의 조종법을 정확히 아는 것도 필요하겠다.
6. 참고문헌
Physics(2nd), physical science study committee, D.C. heath company boston,
p 638~641
Physics Demonstration Experiments (vol.2), Edited by Harry F. Meners, The ronald press company p 1210~1213
Modern physics(3rd), Serway외, p 141~143.
Concept of modern physics(6th), Arthur Beiser, p 144~145
네이버 백과사전, 프랑크헤르츠의 실험, http://100.naver.com/100.nhn?docid=183464
The Franck-Hertz Experiment
http://www.users.csbsju.edu/~jcrumley/332_2005/fhl/franck_hertz.html#XLangley:1998
The Franck-Hertz Experiment - by Jaeho Lee, 2005
http://www-ph.postech.ac.kr/Edulab/phy-esp1/web/presentation/2005/franck_leejaeho.pdf
7. 토의
이 모든 실험 결과를 통하여, 원자는 처음부터 바로 에너지를 받아들이는 것이 아니고 어느 한계이상이 되어야만 에너지를 받아들여 들뜬 상태가 되고 들뜬상태 -> 바닥상태로 되며 전자기파를 방출할 수 있다는 사실을 확인할 수 있었다. 또, 원자가 받아들이는 에너지는 선택적이며, 이는 곧 원자의 에너지 준위가 불연속적으로 되어있음을 의미한다는 것도 알 수 있었다.
이를 통해, 전자의 에너지가 약 18eV에 도달할 때 마다, 전자는 원자와의 충돌로 인하여 그 에너지를 잃게 되어 그 원자는 들뜬상태가 되고 플레이트(양극)전류가 급격하게 감소하게 됨을 알 수 있었다. 이는 곧 원자에 약 18eV의 정수배인 불연속적인 에너지 준위가 존재한다는 사실을 확인해 주는 것이다.
원래의 실험과 비교했을 때 히터전압을 내리면 전자가 도달하는 양에 줄어들어 전류역시 낮게 측정되고 역전압을 올렸을 때는 원래의 전압역시 낮게 줄어들어 도달하는 전자가 줄어들어 전류 역시 낮게 측정된다. 반대로 역전압을 내렸을 때는 원래방향의 전압차가 더 커져 전류가 올라가게되는 것을 볼 수 있고, 1번째 실험과 비교했을 때, 2,3,4번째 실험에서 생기는 굴곡도 생기는 전류의 크기만 다를 뿐 위치는 똑같다는 것을 볼 수 있다.
오차의 원인으로는...
① 실험장치가 디지털이 아니라 스위치를 돌려서 맞추는 아날로그 방식이어서 정확한 실험값에 대한 폭을 정해서 올릴 때 정확하지 않았다. 이번 실험에서는 조작할 스위치들이 많았기에 쪼금씩 쪼금씩의 오차가 꽤 큰 오차를 나타냈을 것으로 생각된다.
② 필라멘트가 가열 될 때 까지 기다릴 때 기다리는 기준이 애매하였다. 가열될 때란 말로 5분이란 표현을 썼지만 분을 기다려도 완전히 가열이 안됐기에 처음 실험 준비상태로 하는 만드는 것이 힘들었다.
③ 고리가 생기는 것이 정확하지 않았다. 고리가 연하게 보이는 것을 한개로 해야 되는 것인지 아닌지에 대한 기준이 정확하지 않았다.
④ 초기상태로 만들다가 실패하면 필라멘트의 열을 식히고 다시 실험을 시작하여야 되 만 우리조는 그냥 바로 실험을 다시 시작하였다.

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