Franck Hertz experiment, Lab Reports of Experimental Physics

Download Franck Hertz experiment and more Lab Reports Experimental Physics in PDF only on Docsity!

FIZ205 MODERN F˙IZ˙IK

LABORATUVAR RAPORU

FRANCK-HERTZ DENEY˙I

Hazırlayan

Zeynep Eker

10 Aralık 2024

˙Içindekiler

• Deneyin Kısa Özeti
• 1. Teorik Altyapı
• 1. Deneye Hazırlık
  • 2.1 Kullanılan Malzemeler
• 1. Deneyin Yapılı ¸sı
  • 3.1 Veriler
• 1. Sonuçlar ve Tartı ¸sma
  • 4.1 Sorular
• Kaynaklar

2. Deneye Hazırlık

Bu deneyde, cıva buharının yeterince yo ˘gun olmasını sa ˘glamak için tüpü ısıttık. Sonra elektronları, bir hızlandırma voltajı uygulayarak hareketlendirdik ve enerji kazanmalarını sa ˘gladık. Elektronlar, cıva atomlarına çarptıkça belirli enerji seviyelerini uyararak enerji- lerini kaybetti. Biz de bu enerji kaybını, tüpten geçen akımdaki dü¸sü¸slerle gözlemledik. Sonuçta, cıva atomlarının enerji seviyelerinin kuantumlu oldu ˘gunu deneysel olarak gör- mü¸s olduk.

2.1 Kullanılan Malzemeler

Bu deneyde kullandı ˘gımız malzemeler: Frank-Hertz Fırını: tüp ısıtma i¸slemini gerçekle¸stiren araç. Franck-Hertz cıva tüpü: elektronlar ile cıva atomlarının çarpı¸stı ˘gı tüp. Ossiloskop: elektrik sinyallerini görselle¸stirmek ve analiz etmek için kullanılan bir ölçüm cihazı.

3. Deneyin Yapılı ¸sı

1. Öncelikle Franck-Hertz fırını 130◦C’ye getirilerek 10 dakika boyunca cıva tüpünün ısınması sa ˘glanır.
2. Föyde durdurucu potansiyel V 0 = 2V olarak verilmi¸stir. Bu yüzden V 0 , 2V ’a ayarlanır.
3. Sonra ısıtma voltajı V 1 , 6-7 V ’a ayarlanır. Bu sayede katotun 90 saniyede ısınması sa ˘glanır.
4. Daha sonra hızlandırma voltajını V 2 , sabit bir ¸sekilde artırarak; akımın periyodik olarak artıp azalarak olu¸sturdu ˘gu grafik gözlemlenip incelenir.

3.1 Veriler

Yaptı ˘gımız Frank-Hertz deneyinde, voltajı artırdıkça elektronların cıva atomlarıyla çarpı¸stı ˘gını ve her çarpı¸smada enerji kaybettiklerini gözlemledik. Bu da akım-voltaj grafi ˘ginde düzenli dü¸sü¸sler olarak göründü. Bu dü¸sü¸sler, elektronların cıva atomlarının enerji seviyeler- ine çarptıkça sabit bir miktarda enerji kaybettiklerini gösteriyor. Basamaklar arasındaki mesafelerin e¸sit olması, her çarpı¸smada aynı kadar enerji kaybı oldu ˘gunu ve cıva atom- larının enerji seviyelerinin kuantumlu oldu ˘gunu ortaya koyuyor

4. Sonuçlar ve Tartı ¸sma

Deneyde, voltajı artırınca elektronlar cıva atomlarıyla çarpı¸sıp enerji kaybetti. Bu kayı- plar, grafikteki basamaklarda görünüyor. Basamaklar arasındaki mesafelerin aynı olması, her çarpı¸smada aynı miktarda enerji kaybı oldu ˘gunu gösteriyor. Akımda dü¸sü¸sler oluyor çünkü elektronlar çarpı¸stıkça hız kaybediyorlar. Sonuçta, bu deneyde enerji seviyelerinin kuantumlu oldu ˘gunu ve elektronların bu seviyelere çarptıkça enerji kaybettiklerini gördük. Sonuç olarak, bu deney, kuantum fizi ˘ginin temel prensiplerini anlamamıza yardımcı oldu ve enerji seviyelerinin sabit aralıklarla düzenlendi ˘gini, elektronların her çarpı¸smada belirli bir miktarda enerji kaybetti ˘gini gösterdi.

4.1 Sorular

• Isıtıcıda bir sorun oldu ˘gunu ve çalı¸smadı ˘gını varsayınız. Akım-voltaj grafi ˘gini nasıl gözlemlerdiniz? → E ˘ger ısıtıcı çalı¸smazsa, cıva buharı yeterince ısınmaz ve yo ˘gunla¸smaz. elektron- ların cıva atomlarıyla çarpı¸sma olasılı ˘gını azaltır. Sonuç olarak, akım normalden daha dü¸sük olur. Hızlandırma voltajı arttıkça normalde akımda dü¸sü¸sler (basamaklar) görmeliyiz, çünkü elektronlar cıva atomlarıyla çarpı¸sıp enerjilerini kaybeder. Ancak ısıtıcı çalı¸smadı ˘gı için atomlar uyarılmaz ve bu dü¸sü¸sler gözlemlenmez. Yani basamaklar kaybolur. Cıva atomları uyarılmadı ˘gı için akım daha düzgün bir ¸sekilde artar. Voltaj arttıkça akım artar, ancak normalde oldu ˘gu gibi ani dü¸sü¸sler ve dalgalanmalar gözlemlen- mez.
• Klasik fizik kurallarının geçerli oldu ˘gunu varsayınız. Akım voltaj grafi ˘gini nasıl gö- zlemlerdiniz? → Klasik fizikte, elektronlar bir atomla çarpı¸stı ˘gında enerji kaybetmezlerdi. Yani elek- tronlar, hızlandırma voltajı ile hız kazandıktan sonra sürekli hızlanmaya devam ed- erdi ve enerji seviyeleri gibi kesikli bir kayıp olmazdı. Voltaj arttıkça akım sürekli olarak yükselir ve grafikte düzgün bir yükselme olurdu.
• Grafikteki tepeler arası mesafeler neden birbirine e¸sittir? → Tepeler arasındaki mesafelerin e¸sit olmasının nedeni, her çarpı¸smada elektron- ların cıva atomlarını aynı enerji seviyesine uyarıyor olmasıdır. Bu enerji seviyeleri

Kaynaklar

[1] BYJU’S projelerine katkıda bulunanlar. Franck Hertz Experiment. 2018. URL: https: //byjus.com/physics/franck-hertz-experiment/.