La experiencia que
realizaron Franck y Hertz en 1914 es uno de los experimentos claves que
ayudaron a establecer la teoría atómica moderna. Nos muestra que los átomos
absorben energía en pequeñas porciones o cuantos de energía, confirmando los
postulados de Bohr. Mediante una simulación se tratará de explicar las
características esenciales de este sencillo experimento, observando el
movimiento de los electrones y sus choques con los átomos de mercurio, e
investigando el comportamiento de la corriente Ic con la diferencia
de potencial U que se establece entre el cátodo y la rejilla.
En la figura, se
muestra un esquema del tubo que contiene vapor de mercurio a baja presión con
el que se realiza el experimento. El cátodo caliente emite electrones con una
energía cinética casi nula. Ganan energía cinética debido a la diferencia de
potencial existente entre el cátodo y la rejilla, véase el movimiento de
partículas cargadas en un campo eléctrico.
Durante el viaje chocan
con los átomos de vapor de mercurio y pueden perder energía. Los electrones que
lleguen a la rejilla con una energía cinética de 1.5 eV o más, impactarán en el
ánodo y darán lugar a una corriente Ic. Los electrones que lleguen a la
rejilla con una energía menor que 1.5 eV no podrán alcanzar el ánodo y
regresarán a la rejilla. Estos electrones no contribuirán a la corriente Ic.
La corriente Ic presenta varios picos
espaciados aproximadamente 4.9 eV.
El primer valle, corresponde a los electrones que
han perdido toda su energía cinética después de una colisión inelástica con un
átomo de mercurio.
El segundo valle, corresponde a electrones que
han experimentado dos colisiones inelásticas consecutivas con átomos de
mercurio, y así
En la simulación,
empleamos un número limitado de átomos de Hg y de electrones, en el experimento
real el número de átomos y electrones es muy grande, esto hace que para las
diferencias de potencial (ddp) para las cuales la corriente presenta un mínimo
se produzcan ciertas variaciones en el valor medido de la corriente para la
misma ddp.
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