Franck ve Hertz deneyi nedir, neden önemlidir? Franck ve Hertz Deneyi açıklaması, sonuçları konu anlatımı, hakkında bilgi.
Franck ve Hertz Deneyi
Atomun sahip olabileceği enerji miktarları arasında boşluklar var mıdır? Elektronun çarptığı atom acaba bir miktar enerji alıp bunu bir iç enerji kazancı olarak depolayabilir mi? Eğer depolayabiliyorsa bu enerji, küçükten büyüğe doğru bütün değerlerde mi olabiliyor? Yoksa iyice belli miktarlarla sınırlanmış değerlerde mi seçiliyor? sorularına cevap aramak için James Franck ve Gustav Hertz, atomları elektronlarla bombardıman etme deneyi yaptılar.
Şekilde görüldüğü gibi bir elektron tabancası sıcak fitilden ısınarak iyonlaşan elektronlara kinetik enerji verir. Tabancadaki hızlandırıcı gerilim Vh ise, elektronlar tabancadan eVh kadar kinetik enerji ile küçük delikten gaz odasına girer. Bu arada odadan elektron tabancasına kaçan gazlar pompayla hızlı bir şekilde boşaltılarak tabancanın iyi bir boşlukta çalışması sağlanır. İçinde gaz bulunan odanın her tarafını aynı gerilimde tutmak ve elektronun kinetik enerjilerini değiştirebilecek bir elektrik alanın oluşmasını engellemek için oda iletken bir maddeden yapılmıştır. Böylelikle elektronların enerjisinde meydana gelebilecek herhangi bir değişme ancak gaz atomlarıyla çarpışmadan dolayı olacaktır.
Elektronların gaz atomlarıyla çarpıştıktan sonraki enerjileri hakkında bilgi sahibi olabilmek için elektronların bir kısmının başka küçük bir delikten boşaltılmış ikinci bir odaya girmeleri sağlanır. Gaz odacığmm iki deliği karşılıklı aynı seviyede değildir. Bunun nedeni, gaz atomları ile elektronların çarpışma ihtimalini arttırmak içindir. Böylece ikinci odada gazın içinden geçen elektronların kinetik enerjileri ölçülmüş olur.
Gaz odasında civa buharı bulunursa elektron tabancasmdaki hızlandırıcı gerilim bir kaç volt olduğunda çarpışmadan sonra ikinci odaya gelen elektronların kinetik enerjilerinin tabancadan çıktıkları andaki enerjiye eşit oldukları görülür. Bu düşük enerji basamaklarındaki elektronların gaz atomlarıyla çarpışmaları esnek ve büyük kütleli gaz atomlarının elektronlardan aldıkları kinetik enerji önemsenmeyecek kadardır. Ancak hızlandırıcı gerilim 5 voltu geçince yani elektronların gaz atomlarına çarpma sırasındaki kinetik enerjisi 5 eV u geçince ikinci odaya gelen elektronların hemen hemen hiç kinetik enerjilerinin olmadığı görülür. Hızlandırıcı gerilim 5 volttan 6 volt a çıkarılırsa ikinci odada ölçülen kinetik enerjilerin 1 eV dan küçük bir kesrinden 1 eV a kadar çıktığı görülür. Sonuçta atomlarla çarpışan elektronların 4,86 eV luk enerji kaybettikleri, daha az enerjilerini atomların kabul etmedikleri 4,86 eV dan fazla enerjilerinin 4,86 eV luk kısmını civa atomların alıp gerisini bıraktıkları görülmüştür. Eğer elektronların enerjisi 6,7 eV ve bundan daha fazla olursa elektronların ya 4′,86 eV ya da 6,7 eV enerji kaybettikleri görülür.
Bir atom tarafından alınabilecek en küçük enerji miktarına o atomun birinci uyarılma enerji seviyesi denir. Bu değer civa için 4,86 eV, helyum için 19,8 eV, atomlar içinde ilk uyarılma enerjisi en küçük olan sezyum için 1,38 eV dur. Yani atomlar enerjiyi belli enerji paketleri halinde alırlar ve bu paketlerin büyüklüğü her atom için değişiktir. Öyleyse bir atomun iç enerjisi sürekli olarak değil ancak belli seviyelerde değişir. Atomun ard arda sahip olacağı iç enerjilere atomun enerji seviyeleri denir. Civa atomu ile sezyum atomunun bazı enerji seviyeleri Şekildeki gibidir.
Herhangi bir uyarılma enerjisi verilmeden önce atomun içinde bulunduğu hale temel hal denir. Atomlara çarpan elektronların enerjisi yeterli ise bu uyarılma hallerinden biri meydana gelir. Ancak elektronlar tarafından daha yüksek enerjiler verildiğinde atomun kararlılığı bozulur. Bu durumda atomdan bir elektron fırlar ve geriye pozitif yüklü bir iyon kalır.
Bir atomdan elektron koparabilecek en küçük enerji değerine iyonlaşma enerjisi denir. Atomdan fırlayan elektronun enerjisi herhangi bir değerde olabileceğine göre bir atom iyonlaşma enerjisinden büyük bütün enerji değerlerini alabilecek demektir. Her atom türünün kendine has enerji seviyeleri ve iyonlaşma enerji değerleri vardır. Bu değerlerle atomlar birbirinden ayırt edilebilir.
Elektronların Atomlarla Çarpışması
A) Esnek çarpışma
Elektron, atomu daha yüksek enerji düzeyine çıkarmaya yetecek enerjiye sahip değilse, atom üzerine gönderilen elektronun çarpışması esnek olur. Elektron enerjisini kaybetmeden gaz odacağmdan çıkar.
B) Esnek olmayan çarpışma
Elektronun enerjisi, atomun uyarılma enerjilerinden fazla ise; atom, uyarılması için gerekli enerjiyi elektrondan alır, varsa geri kalan enerjisiyle elektron gaz odacığından çıkar. Bu çarpışmaya da esnek olmayan çarpışma denir.
