Опыт Франка — Герца: различия между версиями

Интерактивная навигация по истории

[непроверенная версия]

[отпатрулированная версия]

← Предыдущая правка Следующая правка →

Содержимое удалено Содержимое добавлено

ВизуальныйВики-текст

Линейный

Версия от 17:48, 18 января 2022

Photograph of a sealed glass cylinder. Wires penetrate the cylinder at its top, bottom, and side. Three wires lead to a cathode assembly; the top and side wires lead to a disk and a mesh that are close and parallel to each other. The wires are attached to feedthroughs on an aluminum panel in the background. — Фотография вакуумной трубки, используемой для эксперимента Франка — Герца в учебных лабораториях. Внутри трубки находится капелька ртути, хотя на фотографии её не видно. C — катодный узел. Сам катод горячий и светится оранжевым светом. Он испускает электроны, которые проходят через металлическую сетку (G) и собираются анодом (A) в виде электрического тока.

Опыт Франка — Герца был первым электрическим измерением, которое ясно показало квантовую природу атомов^[1]. Он был представлен 24 апреля 1914 года Немецкому физическому обществу в статье Джеймса Франка и Густава Герца^[2]^[3]. Франк и Герц сконструировали вакуумную трубку для изучения энергичных электронов, пролетающих через пар низкого давления атомов ртути. Они обнаружили, что при столкновении с атомом ртути электрон может потерять только определённое количество (4,9 электронвольта) своей кинетической энергии, прежде чем улететь^[4]. Эта потеря энергии соответствует замедлению электрона со скорости около 1,3 миллиона метров в секунду до нуля^[5]. Более быстрый электрон не тормозится полностью после столкновения, но теряет точно такое же количество своей кинетической энергии. Более медленные электроны просто отскакивают от атомов ртути, не теряя существенной скорости или кинетической энергии.

Эти экспериментальные результаты оказались совместимыми с моделью Бора для атомов, предложенной в прошлом году Нильсом Бором. Модель Бора была предшественницей квантовой механики и модели атома с электронной оболочкой. Его ключевой особенностью было то, что электрон внутри атома занимает один из «квантовых энергетических уровней» атома. Перед столкновением электрон внутри атома ртути занимает самый низкий доступный энергетический уровень. После столкновения электрон внутри занимает более высокий энергетический уровень с большей энергией на 4,9 электронвольта (эВ). Это означает, что электрон более слабо связан с атомом ртути. В квантовой модели Бора не было промежуточных уровней или других возможностей. Эта особенность была «революционной», потому что она несовместима с ожиданием того, что энергия связи электрона с ядром атома может принимать любое значение энергии^[4]^[6].

Во второй статье, представленной в мае 1914 года, Франк и Герц сообщили об излучении света атомами ртути, поглотившими энергию от столкновений^[7]. Они показали, что длина волны этого ультрафиолетового света точно соответствует энергии 4,9 эВ, которую потерял летящий электрон. Связь энергии и длины волны также была предсказана Бором, потому что он следовал структуре, изложенной Хендриком Лоренцем на Сольвеевском конгрессе 1911 года. В Брюсселе Хендрик Лоренц предложил после доклада Эйнштейна о квантовой структуре установить энергию ротатора равной nhv^[8]^[9]. Поэтому Бор последовал инструкциям, данным в 1911 году, и скопировал формулу, предложенную Лоренцем и другими, в свою атомную модель 1913 года. Лоренц оказался прав. Квантование атомов соответствовало его формуле, включённой в модель Бора^[4]. Говорят, что после презентации этих результатов Франком несколько лет спустя Альберт Эйнштейн заметил: «Это так прекрасно, что заставляет тебя плакать»^[1].

10 декабря 1926 года Франк и Герц удостоились Нобелевской премии по физике 1925 года «за открытие законов, управляющих ударом электрона о атом»^[10].

Эксперимент

В первоначальном эксперименте Франка и Герца использовалась нагретая вакуумная трубка с каплей ртути; они сообщили о температуре трубки 115 °C, при которой давление паров ртути составляет около 100 паскалей (и намного ниже атмосферного давления)^[2]^[11]. На фотографии показана современная трубка Франка — Герца. Она оснащена тремя электродами: электронно- эмиссионным горячим катодом; металлической управляющей сетка; и анодом. Напряжение сетки положительно по отношению к катоду, так что электроны, испускаемые горячим катодом, притягиваются к ней. Электрический ток, измеренный в эксперименте, обусловлен электронами, которые проходят через сетку и достигают анода. Электрический потенциал анода немного отрицателен по отношению к сетке, так что электроны, которые достигают анода, имеют по крайней мере избыточное количество кинетической энергии после прохождения сетки^[12].

Длины волн света, излучаемого разрядом паров ртути и трубкой Франка — Герца, работающей при напряжении 10 В. Трубка Франка — Герца в основном излучает свет с длиной волны около 254 нанометров; разряд излучает свет на многих длинах волн. На основе оригинальной иллюстрации 1914 года^[7].

Графики, опубликованные Франком и Герцем, изображённом на рисунке, показывают зависимость электрического тока, вытекающего из анода, от электрического потенциала между сеткой и катодом.

При малых разностях потенциалов — до 4,9 вольт — ток через трубку постоянно увеличивался с увеличением разности потенциалов. Такое поведение типично для настоящих электронных ламп, не содержащих паров ртути; более высокие напряжения приводят к большему «току, ограниченному пространственным зарядом».
При 4,9 вольт ток резко падает, почти до нуля.
Затем ток снова неуклонно увеличивается по мере дальнейшего увеличения напряжения, пока не будет достигнуто 9,8 вольт (точно 4,9 + 4,9 вольт).
При 9,8 вольт наблюдается аналогичный резкий спад.
Хотя это не продемонстрировано в оригинальном рисунке, эта серия провалов тока с шагом примерно 4,9 вольт продолжается до потенциалов не менее 70 вольт^[13].

Франк и Герц отметили в своей первой работе, что характеристическая энергия их эксперимента 4,9 эВ хорошо соответствует одной из длин волн света, излучаемого атомами ртути в газовых разрядах. Они использовали соотношение между энергией возбуждения и соответствующей длиной волны света, которую они широко приписывали Иоганну Старку и Арнольду Зоммерфельду; он предсказывает, что 4,9 эВ соответствует свету с длиной волны 254 нм^[2]. Та же взаимосвязь была включена в фотонную теорию фотоэлектрического эффекта Эйнштейна 1905 года^[14]. Во второй статье Франк и Герц сообщили об оптическом излучении своих трубок, которые излучали свет с одной заметной длиной волны 254 нм. На рисунке справа показан спектр трубки Франка — Герца; почти весь излучаемый свет имеет одну длину волны. Для справки на рисунке также показан спектр газоразрядного ртутного источника света, который излучает свет на нескольких длинах волн помимо 254 нм. Рисунок основан на оригинальных спектрах, опубликованных Франком и Герцем в 1914 году. Тот факт, что трубка Франка — Герца излучала только одну длину волны, почти точно соответствующую измеренному ими периоду напряжения, был очень важен^[12].

Моделирование столкновений электронов с атомами

На рисунке показаны три круга, каждый с надписью «Hg» внутри. Верхний круг помечен как «упругое столкновение». Он находится рядом с двумя стрелками одинаковой длины, одна из которых указывает на круг, а другая — в сторону. Средний круг помечен как «неупругое столкновение» и имеет более длинную стрелку, указывающую на него, и более короткую стрелку, уходящую в сторону. Самый нижний кружок помечен как «излучение света» и находится рядом с волнистой стрелкой, указывающей в сторону. — Упругие и неупругие столкновения электронов с атомами ртути. Медленно движущиеся электроны после упругих столкновений меняют направление, но не меняют своей скорости. Более быстрые электроны теряют большую часть своей скорости в неупругих столкновениях. Потерянная кинетическая энергия передается атому ртути. Затем атом излучает свет и возвращается в исходное состояние.

Франк и Герц объяснили свой эксперимент упругими и неупругими столкновениями между электронами и атомами ртути. Медленно движущиеся электроны упруго сталкиваются с атомами ртути^[2]^[3]. Это означает, что направление, в котором движется электрон, изменяется при столкновении, но его скорость остаётся неизменной. Упругое столкновение показано на рисунке, где длина стрелки указывает скорость электрона. Атом ртути оказывается не затронут столкновением, в основном потому, что он примерно в четыреста тысяч раз массивнее электрона^[15]^[16].

Когда скорость электрона превышает примерно 1,3 миллиона метров в секунду^[5], столкновения с атомом ртути становятся неупругими. Эта скорость соответствует кинетической энергии 4,9 эВ, которая поглощается атомом ртути. Как показано на рисунке, скорость электрона уменьшается, а атом ртути «возбуждается». Через короткое время энергия в 4,9 эВ, переданная атому ртути, высвобождается в виде ультрафиолетового света с длиной волны ровно 254 нм. После излучения света атом ртути возвращается в исходное невозбуждённое состояние^[15]^[16].

Если электроны, испускаемые катодом, летели бы свободно, пока не достигли сетки, они приобрели бы кинетическую энергию, пропорциональную приложенному к сетке напряжению. 1 эВ кинетической энергии соответствует разности потенциалов в 1 вольт между сеткой и катодом^[17]. Упругие столкновения с атомами ртути увеличивают время, необходимое электрону для достижения сетки, но средняя кинетическая энергия прибывающих туда электронов не сильно изменяется^[16].

Когда напряжение на сетке достигает 4,9 В, столкновения электронов вблизи сетки становятся неупругими, и электроны сильно замедляются. Кинетическая энергия типичного электрона, попадающего в сетку, уменьшается настолько, что он не может двигаться дальше, чтобы достичь анода, напряжение которого настроено так, чтобы слегка отталкивать электроны. Ток электронов, достигающих анода, падает, как видно на графике. Дальнейшее увеличение напряжения на сетке восстанавливает достаточно энергии для электронов, подвергшихся неупругим столкновениям, чтобы они снова могли достичь анода. Ток снова возрастает, когда потенциал сетки превышает 4,9 В. При 9,8 В ситуация снова меняется. Электроны, прошедшие примерно половину пути от катода к сетке, уже приобрели достаточно энергии, чтобы испытать первое неупругое столкновение. По мере того, как они медленно движутся к сетке из средней точки, их кинетическая энергия снова накапливается, но когда они достигают сетки, они могут испытать второе неупругое столкновение. И снова ток на аноде падает. С интервалами в 4,9 вольта этот процесс будет повторяться; каждый раз электроны будут испытывать одно дополнительное неупругое столкновение^[15]^[16].

Ранняя квантовая теория

На чертеже вверху есть широкий прямоугольник с надписью «уровни вакуума». Под прямоугольником слева находится вертикальная стрелка, оканчивающаяся прямоугольником; стрелка помечена как «энергия связи электрона». Посередине находится длинная серия чётко разделённых линий, параллельных нижней части прямоугольника; они называются «классическими энергетическими уровнями». Справа находится ряд из четырёх хорошо разделённых параллельных линий; они называются «квантовыми энергетическими уровнями». — Модель атома Бора предполагала, что электрон может быть связан с атомным ядром только с одной из ряда удельных энергий, соответствующих квантовым энергетическим уровням. Ранее классические модели связи частиц допускали любую энергию связи.

В то время как Франк и Герц опубликовали результаты своих экспериментов в 1914 году, они не знали^[18] , что в 1913 году Нильс Бор опубликовал свою модель атомов, которая очень успешно объясняла оптические свойства атомарного водорода. Обычно они наблюдались в газовых разрядах, испускающих свет на нескольких длинах волн. Обычные источники света, такие как лампы накаливания, излучают свет на всех длинах волн. Бор очень точно рассчитал длины волн, излучаемых водородом^[19].

Основное предположение модели Бора касается возможных энергий связи электрона с ядром атома. Атом может быть ионизирован, если столкновение с другой частицей даёт по крайней мере эту энергию связи. Это отрывает электрон от атома и оставляет положительно заряженный ион. Есть аналогия со спутниками, вращающимися вокруг Земли. Каждый спутник имеет свою орбиту, и возможно практически любое орбитальное расстояние и любая энергия связи спутника. Поскольку электрон с такой же силой притягивается к положительному заряду атомного ядра, то так называемые «классические» расчёты предполагают, что любая энергия связи должна быть возможна и для электронов. Однако Бор предполагал, что имеет место только определённый ряд энергий связи, которые соответствуют «квантовым энергетическим уровням» электрона. Электрон обычно находится на самом низком энергетическом уровне с наибольшей энергией связи. Дополнительные уровни лежат выше, с меньшей энергией связи. Промежуточные энергии связи, лежащие между этими уровнями, не допускаются. Это было революционным предположением^[6].

Франк и Герц предположили, что напряжение 4,9 В, характерные для их экспериментов, были вызваны ионизацией атомов ртути в результате столкновений с летящими электронами, испускаемыми на катоде. В 1915 году Бор опубликовал статью, в которой отмечалось, что измерения Франка и Герца больше согласуются с предположением о квантовых уровнях в его собственной модели атомов^[20]. В модели Бора столкновение возбуждало внутренний электрон внутри атома с его нижнего уровня на первый квантовый уровень над ним. Модель Бора также предсказывала, что свет будет излучаться, когда внутренний электрон вернётся со своего возбужденного квантового уровня на самый нижний; его длина волны соответствовала разнице энергий внутренних уровней атома, которая получила название соотношения Бора^[4]. Наблюдение Франка и Герца за излучением их трубки в 254 nm также согласуется с точкой зрения Бора. Написав после окончания Первой мировой войны в 1918 году, Франк и Герц в значительной степени приняли точку зрения Бора для интерпретации своего эксперимента, который стал одним из экспериментальных столпов квантовой механики^[1]^[3]. Как описал это Абрахам Паис: «Красота работы Франка и Герца заключается не только в измерении потерь энергии E₂ — E₁ налетающего электрона, но они также обнаружили, что, когда энергия этого электрона превышает 4,9 эВ, ртуть начинает излучать ультрафиолетовый свет с определённой частотой ν, как определено в приведенной выше формуле. Тем самым они дали (сначала невольно) первое прямое экспериментальное доказательство соотношения Бора!»^[4]. Сам Франк подчеркнул важность эксперимента с ультрафиолетовым излучением в эпилоге к фильму Комитета по изучению физических наук (PSSC) 1960 года об эксперименте Франка — Герца^[18].

Эксперимент с неоном

Эксперимент Франка — Герца с неоновым газом: три светящиеся области.

В учебных лабораториях эксперимент Франка — Герца часто проводится с использованием газа неона, который показывает начало неупругих столкновений с видимым оранжевым свечением в вакуумной трубке, а также нетоксичен в случае поломки трубки. В случае ртутных трубок модель упругих и неупругих столкновений предсказывает, что между анодом и сеткой должны быть узкие полосы, где ртуть излучает свет, но этот свет является ультрафиолетовым и невидимым. Для неона интервал напряжения Франка — Герца составляет 18,7 вольт, а при подаче 18,7 вольт возле сетки появляется оранжевое свечение. Это свечение будет приближаться к катоду с увеличением ускоряющего потенциала и указывает места, где электроны приобрели 18,7 эВ, необходимые для возбуждения атома неона. При напряжении 37,4 В будут видны два отчётливых свечения: одно посередине между катодом и сеткой, а другое прямо у ускоряющей сетки. Более высокие потенциалы, расположенные с интервалом в 18,7 вольт, приведут к появлению дополнительных светящихся областей в трубке.

Дополнительным преимуществом неона для учебных лабораторий является то, что трубку можно использовать при комнатной температуре. Однако длина волны видимого излучения намного больше, чем предсказывается соотношением Бора и интервалом 18,7 В. Частичное объяснение оранжевого света включает два атомных уровня, лежащих на 16,6 эВ и 18,7 эВ выше самого нижнего уровня. Электроны, возбужденные до уровня 18,7 эВ, падают до уровня 16,6 эВ с сопутствующим излучением оранжевого света^[21].

Примечания

↑ ¹ ² ³ Rice, Stuart A.; Jortner, Joshua James Franck 1882-1964: A Biographical Memoir (неопр.) 6. National Academy of Sciences (US) (2010). — «Our understanding of the world was transformed by the results of this experiment; it is arguably one of the most important foundations of the experimental verification of the quantum nature of matter.»
↑ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ Franck, J.; Hertz, G. (1914). "Über Zusammenstöße zwischen Elektronen und Molekülen des Quecksilberdampfes und die Ionisierungsspannung desselben" [On the collisions between electrons and molecules of mercury vapor and the ionization potential of the same] (PDF). Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (нем.). 16: 457—467. A translation of this paper is given in Boorse, Henry A. 46. The Quantum Theory is Tested // The World of the Atom / Henry A. Boorse, Lloyd Motz. — Basic Books, 1966. — Vol. 1. — P. 766–778. In their initial papers, Franck and Hertz interpreted the 4.9 V potential associated with inelastic electron-mercury collisions as indicative of the ionization potential of mercury. The relationship to the Bohr model of atoms emerged somewhat later.
↑ ¹ ² ³ Lemmerich, Jost. Science and Conscience: The Life of James Franck. — Stanford University Press, 2011. — P. 45–50. — «Then two papers by Franck and Hertz about measurements on vaporized mercury that were to enter their names on the rolls of the history of physics appeared in quick succession. The first paper was presented by Gustav Hertz at the German Physical Society's meeting on 24 April 1914, the second by James Franck on May 22. (p. 45)». — ISBN 9780804779098. Translation of Aufrecht im Sturm der Zeit : der Physiker James Franck, 1882-1964. — Verlag für Geschichte der Naturwissenschaften und der Technik, 2007. — ISBN 9783928186834.
↑ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ Pais, Abraham. Introducing Atoms and Their Nuclei // Twentieth Century Physics. — American Institute of Physics Press, 1995. — Vol. 1. — P. 89. — «Now the beauty of Franck and Hertz's work lies not only in the measurement of the energy loss E₂-E₁ of the impinging electron, but they also observed that, when the energy of that electron exceeds 4.9 eV, mercury begins to emit ultraviolet light of a definite frequency ν as defined in the above formula. Thereby they gave (unwittingly at first) the first direct experimental proof of the Bohr relation!». — ISBN 9780750303101. The frequency ν is related to the wavelength λ of light by the formula ν = c/λ, where c=2.99×10⁸ meters per second is the speed of light in vacuum.
↑ ¹ ² For converting electron volts to electron speeds, see The speed of electrons (неопр.). Practical Physics. Nuffield Foundation. Дата обращения: 18 апреля 2014.
↑ ¹ ² Cohen, I. Bernard. Revolution in Science. — Belknap Press, 1985. — P. 427–428. — «In 1912 a young Dane working in Rutherford's laboratory in Manchester proposed a revolutionary new model of the atom. ... What made Bohr's theory difficult to believe in was the idea of discrete and fixed states or orbits, with no intermediate states being possible.». — ISBN 9780674767775.
↑ ¹ ² Franck, J.; Hertz, G. (1914). "Über die Erregung der Quecksilberresonanzlinie 253,6 μμ durch Elektronenstöße" [On the excitation of mercury resonance lines at 253.6 nm by electron collisions]. Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (нем.). 16: 512—517. The symbol μμ is an outdated, rare usage for a nanometer. This article was reprinted in Franck, James. Die Elektronenstoßversuche / James Franck, Gustav Hertz, Armin Hermann. — München : E. Battenberg, 1967.
↑ Original Proceedings of the 1911 Solvay Conference published 1912. THÉORIE DU RAYONNEMENT ET LES QUANTA. RAPPORTS ET DISCUSSIONS DELA Réunion tenue à Bruxelles, du 30 octobre au 3 novembre 1911, Sous les Auspices dk M. E. SOLVAY. Publiés par MM. P. LANGEVIN et M. de BROGLIE. Translated from the French, p.447.
↑ Heilbron, John L., and Thomas S. Kuhn. «The Genesis of the Bohr Atom.» Historical Studies in the Physical Sciences, vol. 1, University of California Press, 1969, pp. vi-290, p. 244 https://doi.org/10.2307/27757291.
↑ Oseen, C. W. Nobel Prize in Physics 1925 - Presentation Speech (неопр.). The Nobel Foundation (10 декабря 1926).
↑ Huber, Marcia L.; Laesecke, Arno; Friend, Daniel G. The vapor pressure of mercury (неопр.) 5. National Institute of Standards (апрель 2006). NISTIR 6643.
↑ ¹ ² Brandt, Siegmund. 25. The Franck Hertz experiment (1914) // The harvest of a century : discoveries of modern physics in 100 episodes. — Oxford University Press, 2008. — P. 272. — ISBN 9780191580123.
↑ Thornton, Stephen. Modern Physics for Scientists and Engineers / Stephen Thornton, Andrew Rex. — 4. — Cengage Learning, 2012. — P. 154–156. — ISBN 9781133103721.
↑ Pais, Abraham. Subtle is the Lord: The Science and the Life of Albert Einstein. — Oxford University Press, 1982. — P. 381. — ISBN 9780191524028. The energy E of a photon is the product of Planck's constant h and the ratio c/λ of the speed of light c and the wavelength λ.
↑ ¹ ² ³ Melissinos, Adrian Constantin. 1.3 The Franck–Hertz Experiment // Experiments in Modern Physics / Adrian Constantin Melissinos, Jim Napolitano. — Gulf Professional Publishing, 2003. — P. 10–19. — ISBN 9780124898516. This reference incorrectly suggests that Franck and Hertz were aware of the Bohr model when they published their experiments. Franck himself remarked on this in an interview late in his life; see Holton, Gerald (1961). "On the recent past of physics". American Journal of Physics. 61 (12): 805—810. Bibcode:1961AmJPh..29..805H. doi:10.1119/1.1937623.
↑ ¹ ² ³ ⁴ Demtröder, Wolfgang. 3.4.4 Franck–Hertz experiment // Atoms, Molecules and Photons: An Introduction to Atomic-, Molecular- and Quantum Physics. — Springer, 2010. — P. 118–120. — ISBN 9783642102981.
↑ In their original experiment, Franck and Hertz used platinum for both the cathode and the grid. When different materials are used for the electrodes, there is an additional contribution to the kinetic energy beyond the externally applied voltage. See Thornton, Stephen. Modern Physics for Scientists and Engineers / Stephen Thornton, Andrew Rex. — 4. — Cengage Learning, 2012. — P. 154–156. — ISBN 9781133103721.
↑ ¹ ² In 1960, Franck explained that he and Hertz were unaware of Bohr's ideas when their two 1914 papers were presented. Franck gave his remarks as the epilogue to the film on the Franck–Hertz experiment from the Physical Science Study Committee (1960). The film is available online; see Byron L. Youtz (narrator); James Franck (epilogue); Jack Churchill (director) (1960). Franck-Hertz experiment (16 mm film). Educational Services. 25 minutes in. OCLC 4949442. Дата обращения: 1 июля 2014.. A transcript of the epilogue was published shortly after the film was made; see Holton, Gerald (1961). "On the recent past of physics". American Journal of Physics. 61 (12): 805—810. Bibcode:1961AmJPh..29..805H. doi:10.1119/1.1937623.
↑ Heilbron, John L. Bohr's First Theories of the Atom // Niels Bohr: A Centenary Volume. — Cambridge, Massachusetts : Harvard University Press, 1985. — P. 33–49. — ISBN 9780674624160.
↑ Kragh, Helge. Niels Bohr and the Quantum Atom: The Bohr Model of Atomic Structure 1913-1925. — Oxford University Press, 2012. — P. 144. — ISBN 9780191630460. Краг цитирует предложение из одной из статей Бора 1915 года, в которой он обсуждает работы Франка и Герца 1914 года: «Похоже, что их эксперимент может согласовываться с предположением, что это напряжение (4,9 В) соответствует только переходу от нормального состояния в какое-либо другое стационарное состояние нейтрального атома.»
↑ Csele, Mark. 2.6 The Franck–Hertz Experiment // Fundamentals of Light Sources and Lasers. — John Wiley & Sons, 2011. — P. 31–36. — ISBN 9780471675228.

Литература

Basile, Giorgio 3B Scientific Mercury Franck–Hertz Tube U8482170 (неопр.). Selection of images of a vacuum tube used for the Franck-Hertz experiment in instructional laboratories.
Franck, James. Transformation of Kinetic Energy of Free Electrons into Excitation Energy of Atoms by Impacts // Nobel Lectures, Physics 1922–1941. — Elsevier, 1965. Translation of Franck’s Nobel lecture that he gave December 11, 1926.
Gearhart, Clayton A. (2014). "The Franck-Hertz Experiments, 1911–1914: Experimentalists in Search of a Theory". Physics in Perspective. 16 (3): 293—343. Bibcode:2014PhP....16..293G. doi:10.1007/s00016-014-0139-3.
Hertz, Gustav. The results of the electron-impact tests in the light of Bohr’s theory of atoms // Nobel Lectures, Physics 1922–1941. — Elsevier, 1965. Translation of Hertz’s Nobel lecture that he gave December 11, 1926.
Nicoletopoulos, Peter Up-to-date literature on the Franck–Hertz Experiment (неопр.) (2012). Архивировано 16 января 2012 года. See also Up-to-date literature on the Franck–Hertz experiment (неопр.). Nicoletopoulos, who died in 2013, had authored and co-authored several papers related to the Franck-Hertz experiment; these papers challenge the conventional interpretations of the experiment. See Robson, Robert. In Memory of Peter Nicoletopoulos // ARC Centre of Excellence for Antimatter–Matter Studies: Annual Report 2012 / Robert Robson, Ronald White. — Australian Research Council. — P. 3.
Rapior, G.; Sengstock, K.; Baev, V. (2006). "New features of the Franck–Hertz experiment" (PDF). Am. J. Phys. 74 (5): 423—428. Bibcode:2006AmJPh..74..423R. doi:10.1119/1.2174033. Архивировано из оригинала (PDF) 13 апреля 2014. Дата обращения: 30 марта 2014. Franck and Hertz’s original paper reported anode currents up to about 15 V, as illustrated in the figure above. Additional maxima and minima occur when current is measured to higher voltages. This paper notes that the spacing between the minima and maxima isn’t exactly 4.9 V, but increases for higher voltages and varies with temperature, and provides a model for this effect.

[Rice-1] ¹ ² ³ Rice, Stuart A.; Jortner, Joshua James Franck 1882-1964: A Biographical Memoir (неопр.) 6. National Academy of Sciences (US) (2010). — «Our understanding of the world was transformed by the results of this experiment; it is arguably one of the most important foundations of the experimental verification of the quantum nature of matter.»

[FH1-2] ¹ ² ³ ⁴ ⁵ Franck, J.; Hertz, G. (1914). "Über Zusammenstöße zwischen Elektronen und Molekülen des Quecksilberdampfes und die Ionisierungsspannung desselben" [On the collisions between electrons and molecules of mercury vapor and the ionization potential of the same] (PDF). Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (нем.). 16: 457—467. A translation of this paper is given in Boorse, Henry A. 46. The Quantum Theory is Tested // The World of the Atom / Henry A. Boorse, Lloyd Motz. — Basic Books, 1966. — Vol. 1. — P. 766–778. In their initial papers, Franck and Hertz interpreted the 4.9 V potential associated with inelastic electron-mercury collisions as indicative of the ionization potential of mercury. The relationship to the Bohr model of atoms emerged somewhat later.

[Lemmerich-3] ¹ ² ³ Lemmerich, Jost. Science and Conscience: The Life of James Franck. — Stanford University Press, 2011. — P. 45–50. — «Then two papers by Franck and Hertz about measurements on vaporized mercury that were to enter their names on the rolls of the history of physics appeared in quick succession. The first paper was presented by Gustav Hertz at the German Physical Society's meeting on 24 April 1914, the second by James Franck on May 22. (p. 45)». — ISBN 9780804779098. Translation of Aufrecht im Sturm der Zeit : der Physiker James Franck, 1882-1964. — Verlag für Geschichte der Naturwissenschaften und der Technik, 2007. — ISBN 9783928186834.

[Pais2-4] ¹ ² ³ ⁴ ⁵ Pais, Abraham. Introducing Atoms and Their Nuclei // Twentieth Century Physics. — American Institute of Physics Press, 1995. — Vol. 1. — P. 89. — «Now the beauty of Franck and Hertz's work lies not only in the measurement of the energy loss E₂-E₁ of the impinging electron, but they also observed that, when the energy of that electron exceeds 4.9 eV, mercury begins to emit ultraviolet light of a definite frequency ν as defined in the above formula. Thereby they gave (unwittingly at first) the first direct experimental proof of the Bohr relation!». — ISBN 9780750303101. The frequency ν is related to the wavelength λ of light by the formula ν = c/λ, where c=2.99×10⁸ meters per second is the speed of light in vacuum.

[Nuffield-5] ¹ ² For converting electron volts to electron speeds, see The speed of electrons (неопр.). Practical Physics. Nuffield Foundation. Дата обращения: 18 апреля 2014.

[Cohen-6] ¹ ² Cohen, I. Bernard. Revolution in Science. — Belknap Press, 1985. — P. 427–428. — «In 1912 a young Dane working in Rutherford's laboratory in Manchester proposed a revolutionary new model of the atom. ... What made Bohr's theory difficult to believe in was the idea of discrete and fixed states or orbits, with no intermediate states being possible.». — ISBN 9780674767775.

[FH2-7] ¹ ² Franck, J.; Hertz, G. (1914). "Über die Erregung der Quecksilberresonanzlinie 253,6 μμ durch Elektronenstöße" [On the excitation of mercury resonance lines at 253.6 nm by electron collisions]. Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (нем.). 16: 512—517. The symbol μμ is an outdated, rare usage for a nanometer. This article was reprinted in Franck, James. Die Elektronenstoßversuche / James Franck, Gustav Hertz, Armin Hermann. — München : E. Battenberg, 1967.

[8] Original Proceedings of the 1911 Solvay Conference published 1912. THÉORIE DU RAYONNEMENT ET LES QUANTA. RAPPORTS ET DISCUSSIONS DELA Réunion tenue à Bruxelles, du 30 octobre au 3 novembre 1911, Sous les Auspices dk M. E. SOLVAY. Publiés par MM. P. LANGEVIN et M. de BROGLIE. Translated from the French, p.447.

[9] Heilbron, John L., and Thomas S. Kuhn. «The Genesis of the Bohr Atom.» Historical Studies in the Physical Sciences, vol. 1, University of California Press, 1969, pp. vi-290, p. 244 https://doi.org/10.2307/27757291.

[Oseen-10] Oseen, C. W. Nobel Prize in Physics 1925 - Presentation Speech (неопр.). The Nobel Foundation (10 декабря 1926).

[11] Huber, Marcia L.; Laesecke, Arno; Friend, Daniel G. The vapor pressure of mercury (неопр.) 5. National Institute of Standards (апрель 2006). NISTIR 6643.

[Brandt-12] ¹ ² Brandt, Siegmund. 25. The Franck Hertz experiment (1914) // The harvest of a century : discoveries of modern physics in 100 episodes. — Oxford University Press, 2008. — P. 272. — ISBN 9780191580123.

[Thornton2-13] Thornton, Stephen. Modern Physics for Scientists and Engineers / Stephen Thornton, Andrew Rex. — 4. — Cengage Learning, 2012. — P. 154–156. — ISBN 9781133103721.

[Pais-14] Pais, Abraham. Subtle is the Lord: The Science and the Life of Albert Einstein. — Oxford University Press, 1982. — P. 381. — ISBN 9780191524028. The energy E of a photon is the product of Planck's constant h and the ratio c/λ of the speed of light c and the wavelength λ.

[Melissinos-15] ¹ ² ³ Melissinos, Adrian Constantin. 1.3 The Franck–Hertz Experiment // Experiments in Modern Physics / Adrian Constantin Melissinos, Jim Napolitano. — Gulf Professional Publishing, 2003. — P. 10–19. — ISBN 9780124898516. This reference incorrectly suggests that Franck and Hertz were aware of the Bohr model when they published their experiments. Franck himself remarked on this in an interview late in his life; see Holton, Gerald (1961). "On the recent past of physics". American Journal of Physics. 61 (12): 805—810. Bibcode:1961AmJPh..29..805H. doi:10.1119/1.1937623.

[Demtroeder-16] ¹ ² ³ ⁴ Demtröder, Wolfgang. 3.4.4 Franck–Hertz experiment // Atoms, Molecules and Photons: An Introduction to Atomic-, Molecular- and Quantum Physics. — Springer, 2010. — P. 118–120. — ISBN 9783642102981.

[Thornton-17] In their original experiment, Franck and Hertz used platinum for both the cathode and the grid. When different materials are used for the electrodes, there is an additional contribution to the kinetic energy beyond the externally applied voltage. See Thornton, Stephen. Modern Physics for Scientists and Engineers / Stephen Thornton, Andrew Rex. — 4. — Cengage Learning, 2012. — P. 154–156. — ISBN 9781133103721.

[Franck60-18] ¹ ² In 1960, Franck explained that he and Hertz were unaware of Bohr's ideas when their two 1914 papers were presented. Franck gave his remarks as the epilogue to the film on the Franck–Hertz experiment from the Physical Science Study Committee (1960). The film is available online; see Byron L. Youtz (narrator); James Franck (epilogue); Jack Churchill (director) (1960). Franck-Hertz experiment (16 mm film). Educational Services. 25 minutes in. OCLC 4949442. Дата обращения: 1 июля 2014.. A transcript of the epilogue was published shortly after the film was made; see Holton, Gerald (1961). "On the recent past of physics". American Journal of Physics. 61 (12): 805—810. Bibcode:1961AmJPh..29..805H. doi:10.1119/1.1937623.

[Heilbron-19] Heilbron, John L. Bohr's First Theories of the Atom // Niels Bohr: A Centenary Volume. — Cambridge, Massachusetts : Harvard University Press, 1985. — P. 33–49. — ISBN 9780674624160.

[Kragh-20] Kragh, Helge. Niels Bohr and the Quantum Atom: The Bohr Model of Atomic Structure 1913-1925. — Oxford University Press, 2012. — P. 144. — ISBN 9780191630460. Краг цитирует предложение из одной из статей Бора 1915 года, в которой он обсуждает работы Франка и Герца 1914 года: «Похоже, что их эксперимент может согласовываться с предположением, что это напряжение (4,9 В) соответствует только переходу от нормального состояния в какое-либо другое стационарное состояние нейтрального атома.»

[21] Csele, Mark. 2.6 The Franck–Hertz Experiment // Fundamentals of Light Sources and Lasers. — John Wiley & Sons, 2011. — P. 31–36. — ISBN 9780471675228.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

@@ Строка 1: / Строка 1: @@
+[[Файл:FranckHertzHgTube.jpg|альт=Photograph of a sealed glass cylinder. Wires penetrate the cylinder at its top, bottom, and side. Three wires lead to a cathode assembly; the top and side wires lead to a disk and a mesh that are close and parallel to each other. The wires are attached to feedthroughs on an aluminum panel in the background.|мини| Фотография вакуумной трубки, используемой для эксперимента Франка — Герца в учебных лабораториях. Внутри трубки находится капелька ртути, хотя на фотографии её не видно. C — катодный узел. Сам катод горячий и светится оранжевым светом. Он испускает электроны, которые проходят через металлическую сетку (G) и собираются анодом (A) в виде электрического тока.]]
+'''Опыт Франка — Герца''' был первым электрическим измерением, которое ясно показало [[История возникновения квантовой физики|квантовую природу атомов]]<ref name=Rice />. Он был представлен 24 апреля 1914 года [[Немецкое физическое общество|Немецкому физическому обществу]] в статье [[Франк, Джеймс|Джеймса Франка]] и [[Герц, Густав Людвиг|Густава Герца]]<ref name=FH1 /><ref name=Lemmerich />. Франк и Герц сконструировали [[Электронная лампа|вакуумную трубку]] для изучения энергичных [[электрон]]ов, пролетающих через пар низкого давления атомов [[Ртуть|ртути]]. Они обнаружили, что при столкновении с атомом ртути электрон может потерять только определённое количество (4,9 [[электронвольт]]а) своей [[Кинетическая энергия|кинетической энергии]], прежде чем улететь<ref name=Pais2 />. Эта потеря энергии соответствует замедлению электрона со [[Скорость движения|скорости]] около 1,3 миллиона метров в секунду до нуля<ref name=Nuffield />. Более быстрый электрон не тормозится полностью после столкновения, но теряет точно такое же количество своей кинетической энергии. Более медленные электроны просто отскакивают от атомов ртути, не теряя существенной скорости или кинетической энергии.
+Эти экспериментальные результаты оказались совместимыми с [[Боровская модель атома|моделью Бора для атомов]], предложенной в прошлом году [[Бор, Нильс|Нильсом Бором]]. Модель Бора была предшественницей [[Квантовая механика|квантовой механики]] и модели атома с [[Электронная оболочка|электронной оболочкой]]. Его ключевой особенностью было то, что электрон внутри атома занимает один из «квантовых энергетических уровней» атома. Перед столкновением электрон внутри атома ртути занимает самый низкий доступный энергетический уровень. После столкновения электрон внутри занимает более высокий энергетический уровень с большей энергией на 4,9 электронвольта (эВ). Это означает, что электрон более слабо связан с атомом ртути. В квантовой модели Бора не было промежуточных уровней или других возможностей. Эта особенность была «революционной», потому что она несовместима с ожиданием того, что энергия связи электрона с [[Атомное ядро|ядром атома]] может принимать любое значение энергии<ref name=Pais2 /><ref name=Cohen />.
-[[Файл:FranckHertzHgTube.jpg|альт=Photograph of a sealed glass cylinder. Wires penetrate the cylinder at its top, bottom, and side. Three wires lead to a cathode assembly; the top and side wires lead to a disk and a mesh that are close and parallel to each other. The wires are attached to feedthroughs on an aluminum panel in the background.|мини| Фотография вакуумной трубки, используемой для эксперимента Франка - Герца в учебных лабораториях. Внутри трубки находится капелька ртути, хотя на фотографии её не видно. C - катодный узел. Сам катод горячий и светится оранжевым светом. Он испускает электроны, которые проходят через металлическую сетку (G) и собираются анодом (A) в виде электрического тока.]]
-'''Опыт Франка - Герца''' был первым электрическим измерением, которое ясно показало [[История возникновения квантовой физики|квантовую природу атомов]]. Он был представлен 24 апреля 1914 года [[Немецкое физическое общество|Немецкому физическому обществу]] в статье [[Франк, Джеймс|Джеймса Франка]] и [[Герц, Густав Людвиг|Густава Герца]]. Франк и Герц сконструировали [[Электронная лампа|вакуумную трубку]] для изучения энергичных [[Электрон|электронов]], пролетающих через пар низкого давления атомов [[Ртуть|ртути]]. Они обнаружили, что при столкновении с атомом ртути электрон может потерять только определённое количество (4,9 [[Электронвольт|электронвольта]] ) своей [[Кинетическая энергия|кинетической энергии]], прежде чем улететь.  Эта потеря энергии соответствует замедлению электрона со [[Скорость движения|скорости]] около 1,3 миллиона метров в секунду до нуля.  Более быстрый электрон не тормозится полностью после столкновения, но теряет точно такое же количество своей кинетической энергии. Более медленные электроны просто отскакивают от атомов ртути, не теряя существенной скорости или кинетической энергии.
+Во второй статье, представленной в мае 1914 года, Франк и Герц сообщили об излучении света атомами ртути, поглотившими энергию от столкновений<ref name=FH2 />. Они показали, что [[длина волны]] этого [[Ультрафиолетовое излучение|ультрафиолетового]] света точно соответствует энергии 4,9 эВ, которую потерял летящий электрон. Связь энергии и длины волны также была предсказана Бором, потому что он следовал структуре, изложенной [[Лоренц, Хендрик|Хендриком Лоренцем]] на Сольвеевском конгрессе 1911 года. В Брюсселе [[Лоренц, Хендрик|Хендрик Лоренц]] предложил после доклада Эйнштейна о квантовой структуре установить энергию ротатора равной nhv<ref>Original Proceedings of the 1911 Solvay Conference published 1912. THÉORIE DU RAYONNEMENT ET LES QUANTA. RAPPORTS ET DISCUSSIONS DELA Réunion tenue à Bruxelles, du 30 octobre au 3 novembre 1911, Sous les Auspices dk M. E. SOLVAY. Publiés par MM. P. LANGEVIN et M. de BROGLIE. Translated from the French, p.447.</ref><ref> Heilbron, John L., and Thomas S. Kuhn. «The Genesis of the Bohr Atom.» Historical Studies in the Physical Sciences, vol. 1, University of California Press, 1969, pp. vi-290, p. 244 https://doi.org/10.2307/27757291.</ref>. Поэтому Бор последовал инструкциям, данным в 1911 году, и скопировал формулу, предложенную Лоренцем и другими, в свою [[Боровская модель атома|атомную модель]] 1913 года. Лоренц оказался прав. Квантование атомов соответствовало его формуле, включённой в модель Бора<ref name=Pais2 />. Говорят, что после презентации этих результатов Франком несколько лет спустя [[Эйнштейн, Альберт|Альберт Эйнштейн]] заметил: «Это так прекрасно, что заставляет тебя плакать»<ref name=Rice />.
-Эти экспериментальные результаты оказались совместимыми с [[Боровская модель атома|моделью Бора для атомов]], предложенной в прошлом году [[Бор, Нильс|Нильсом Бором]]. Модель Бора была предшественницей [[Квантовая механика|квантовой механики]] и модели атома с [[Электронная оболочка|электронной оболочкой]]. Его ключевой особенностью было то, что электрон внутри атома занимает один из «квантовых энергетических уровней» атома. Перед столкновением электрон внутри атома ртути занимает самый низкий доступный энергетический уровень. После столкновения электрон внутри занимает более высокий энергетический уровень с большей энергией на 4,9 электронвольта (эВ). Это означает, что электрон более слабо связан с атомом ртути. В квантовой модели Бора не было промежуточных уровней или других возможностей. Эта особенность была «революционной», потому что она несовместима с ожиданием того, что энергия связи электрона с [[Атомное ядро|ядром атома]] может принимать любое значение энергии.
+декабря 1926 года Франк и Герц удостоились [[Список лауреатов Нобелевской премии по физике|Нобелевской премии по физике]] 1925 года «за открытие законов, управляющих ударом электрона о атом»<ref name=Oseen>{{cite web |last=Oseen |first=C. W. |author-link=Carl Wilhelm Oseen |title=Nobel Prize in Physics 1925 - Presentation Speech |date=December 10, 1926 |url=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1925/press.html |publisher=The Nobel Foundation}}</ref>.
-Во второй статье, представленной в мае 1914 года, Франк и Герц сообщили об излучении света атомами ртути, поглотившими энергию от столкновений..Они показали, что [[длина волны]] этого [[Ультрафиолетовое излучение|ультрафиолетового]] света точно соответствует энергии 4,9 эВ, которую потерял летящий электрон. Связь энергии и длины волны также была предсказана Бором, потому что он следовал структуре, изложенной [[Лоренц, Хендрик|Хендриком Лоренцем]] на Сольвеевском конгрессе 1911 года. В Брюсселе [[Лоренц, Хендрик|Хендрик Лоренц]] предложил после доклада Эйнштейна о квантовой структуре установить энергию ротатора равной nhv<ref>Original Proceedings of the 1911 Solvay Conference published 1912. </ref><ref> Heilbron, John L., and Thomas S. Kuhn. </ref>. Поэтому Бор последовал инструкциям, данным в 1911 году, и скопировал формулу, предложенную Лоренцем и другими, в свою [[Боровская модель атома|атомную модель]] 1913 года<ref>See [[Bohr model]]</ref>. Лоренц оказался прав. Квантование атомов соответствовало его формуле, включённой в модель Бора. Говорят, что после презентации этих результатов Франком несколько лет спустя [[Эйнштейн, Альберт|Альберт Эйнштейн]] заметил: «Это так прекрасно, что заставляет тебя плакать».
-декабря 1926 года Франк и Герц удостоились [[Список лауреатов Нобелевской премии по физике|Нобелевской премии по физике]] 1925 года «за открытие законов, управляющих ударом электрона о атом»<ref name="Oseen">{{Cite web|url=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1925/press.html|title=Nobel Prize in Physics 1925 - Presentation Speech|author=Oseen|first=C. W.|author-link=Carl Wilhelm Oseen|date=December 10, 1926|publisher=The Nobel Foundation}}</ref>.
 == Эксперимент ==
-[[Файл:Franck-Hertz_en.svg|альт=Graph. The vertical axis is labeled "current", and ranges from 0 to 300 in arbitrary units. The horizontal axis is labeled "voltage", and ranges from 0 to 15 volts. The curve is described in the article's text.|справа|мини|200x200пкс| Анодный ток (условные единицы) в зависимости от напряжения сетки (относительно катода). Этот график основан на оригинальной статье Франка и Герца 1914 года. ]]
+[[Файл:Franck-Hertz_en.svg|альт=График/ Вертикальная ось помечена как «ток» и находится в диапазоне от 0 до 300 в условных единицах. Горизонтальная ось обозначена как «напряжение» и колеблется от 0 до 15 вольт. Краткое описание в тексте статьи.|справа|мини|200x200пкс| Анодный ток (условные единицы) в зависимости от напряжения сетки (относительно катода). Этот график основан на оригинальной статье Франка и Герца 1914 года<ref name=FH1 />. ]]
-В первоначальном эксперименте Франка и Герца использовалась нагретая вакуумная трубка с каплей [[Ртуть|ртути]]; они сообщили о температуре трубки 115&nbsp;°C, при которой давление паров ртути составляет около 100 [[Паскаль (единица измерения)|паскалей]] (и намного ниже атмосферного давления)<ref>{{Cite web|url=http://www.boulder.nist.gov/div838/SelectedPubs/NISTIR.6643.pdf|title=The vapor pressure of mercury|author=Huber|first=Marcia L.|date=April 2006|publisher=National Institute of Standards}}</ref>. На фотографии показана современная трубка Франка - Герца. Она оснащена тремя электродами: [[Электрон|электронно-]] эмиссионным горячим [[Катод|катодом]]; металлической [[Управляющая сетка|управляющей сетка]]; и [[Анод|анодом]]. [[Электростатический потенциал|Напряжение]] сетки положительно по отношению к катоду, так что электроны, испускаемые горячим катодом, притягиваются к ней. Электрический ток, измеренный в эксперименте, обусловлен электронами, которые проходят через сетку и достигают анода. Электрический потенциал анода немного отрицателен по отношению к сетке, так что электроны, которые достигают анода, имеют по крайней мере избыточное количество [[Кинетическая энергия|кинетической энергии]] после прохождения сетки.
+В первоначальном эксперименте Франка и Герца использовалась нагретая вакуумная трубка с каплей [[Ртуть|ртути]]; они сообщили о температуре трубки 115 °C, при которой давление паров ртути составляет около 100 [[Паскаль (единица измерения)|паскалей]] (и намного ниже атмосферного давления)<ref name=FH1 /><ref>{{cite web |title=The vapor pressure of mercury |first1=Marcia L. |last1=Huber |first2=Arno |last2=Laesecke |first3=Daniel G. |last3=Friend |date=April 2006 |publisher=National Institute of Standards |page=5 |url=http://www.boulder.nist.gov/div838/SelectedPubs/NISTIR.6643.pdf}} NISTIR 6643.</ref>. На фотографии показана современная трубка Франка — Герца. Она оснащена тремя электродами: [[Электрон|электронно-]] эмиссионным горячим [[катод]]ом; металлической [[Управляющая сетка|управляющей сетка]]; и [[анод]]ом. [[Электростатический потенциал|Напряжение]] сетки положительно по отношению к катоду, так что электроны, испускаемые горячим катодом, притягиваются к ней. Электрический ток, измеренный в эксперименте, обусловлен электронами, которые проходят через сетку и достигают анода. Электрический потенциал анода немного отрицателен по отношению к сетке, так что электроны, которые достигают анода, имеют по крайней мере избыточное количество [[Кинетическая энергия|кинетической энергии]] после прохождения сетки<ref name=Brandt />.
-[[Файл:FHlines.svg|справа|мини|227x227пкс| Длины волн света, излучаемого [[Ртутная газоразрядная лампа|разрядом]] паров ртути и трубкой Франка - Герца, работающей при напряжении 10 В. Трубка Франка - Герца в основном излучает свет с длиной волны около 254 нанометров; разряд излучает свет на многих длинах волн. На основе оригинальной иллюстрации 1914 года. ]]
+[[Файл:FHlines.svg|справа|мини|227x227пкс| Длины волн света, излучаемого [[Ртутная газоразрядная лампа|разрядом]] паров ртути и трубкой Франка — Герца, работающей при напряжении 10 В. Трубка Франка — Герца в основном излучает свет с длиной волны около 254 нанометров; разряд излучает свет на многих длинах волн. На основе оригинальной иллюстрации 1914 года<ref name=FH2 />. ]]
 Графики, опубликованные Франком и Герцем, изображённом на рисунке, показывают зависимость электрического тока, вытекающего из анода, от электрического потенциала между сеткой и катодом.
-* При малых разностях потенциалов — до 4,9 вольт — ток через трубку постоянно увеличивался с увеличением разности потенциалов. Такое поведение типично для настоящих электронных ламп, не содержащих паров ртути; более высокие напряжения приводят к большему «[[Пространственный заряд|току, ограниченному пространственным зарядом]]».
+* При малых разностях потенциалов — до 4,9 вольт — ток через трубку постоянно увеличивался с увеличением разности потенциалов. Такое поведение типично для настоящих электронных ламп, не содержащих паров ртути; более высокие напряжения приводят к большему «[[Пространственный заряд|току, ограниченному пространственным зарядом]]».
 * При 4,9 вольт ток резко падает, почти до нуля.
 * Затем ток снова неуклонно увеличивается по мере дальнейшего увеличения напряжения, пока не будет достигнуто 9,8 вольт (точно 4,9 + 4,9 вольт).
 * При 9,8 вольт наблюдается аналогичный резкий спад.
-* Хотя это не продемонстрировано в оригинальном рисунке, эта серия провалов тока с шагом примерно 4,9 вольт продолжается до потенциалов не менее 70 вольт.
+* Хотя это не продемонстрировано в оригинальном рисунке, эта серия провалов тока с шагом примерно 4,9 вольт продолжается до потенциалов не менее 70 вольт<ref name=Thornton2 />.
-Франк и Герц отметили в своей первой работе, что характеристическая энергия их эксперимента 4,9 эВ хорошо соответствует одной из длин волн света, излучаемого атомами ртути в [[Газовый разряд|газовых разрядах]]. Они использовали соотношение между энергией возбуждения и соответствующей [[Длина волны|длиной волны]] света, которую они широко приписывали [[Штарк, Йоханнес|Иоганну Старку]] и [[Зоммерфельд, Арнольд|Арнольду Зоммерфельду]]; он предсказывает, что 4,9 эВ соответствует свету с длиной волны 254&nbsp;нм. Та же взаимосвязь была включена в фотонную теорию [[Фотоэффект|фотоэлектрического эффекта]] Эйнштейна 1905 года. Во второй статье Франк и Герц сообщили об оптическом излучении своих трубок, которые излучали свет с одной заметной длиной волны 254&nbsp;нм. На рисунке справа показан спектр трубки Франка - Герца; почти весь излучаемый свет имеет одну длину волны. Для справки на рисунке также показан спектр газоразрядного ртутного источника света, который излучает свет на нескольких длинах волн помимо 254&nbsp;нм. Рисунок основан на оригинальных спектрах, опубликованных Франком и Герцем в 1914 году. Тот факт, что трубка Франка - Герца излучала только одну длину волны, почти точно соответствующую измеренному ими периоду напряжения, был очень важен.
+Франк и Герц отметили в своей первой работе, что характеристическая энергия их эксперимента 4,9 эВ хорошо соответствует одной из длин волн света, излучаемого атомами ртути в [[Газовый разряд|газовых разрядах]]. Они использовали соотношение между энергией возбуждения и соответствующей [[Длина волны|длиной волны]] света, которую они широко приписывали [[Штарк, Йоханнес|Иоганну Старку]] и [[Зоммерфельд, Арнольд|Арнольду Зоммерфельду]]; он предсказывает, что 4,9 эВ соответствует свету с длиной волны 254 нм<ref name=FH1 />. Та же взаимосвязь была включена в фотонную теорию [[Фотоэффект|фотоэлектрического эффекта]] Эйнштейна 1905 года<ref name=Pais />. Во второй статье Франк и Герц сообщили об оптическом излучении своих трубок, которые излучали свет с одной заметной длиной волны 254 нм. На рисунке справа показан спектр трубки Франка — Герца; почти весь излучаемый свет имеет одну длину волны. Для справки на рисунке также показан спектр газоразрядного ртутного источника света, который излучает свет на нескольких длинах волн помимо 254 нм. Рисунок основан на оригинальных спектрах, опубликованных Франком и Герцем в 1914 году. Тот факт, что трубка Франка — Герца излучала только одну длину волны, почти точно соответствующую измеренному ими периоду напряжения, был очень важен<ref name=Brandt />.
 == Моделирование столкновений электронов с атомами ==
-[[Файл:FHcollisions.svg|альт=Drawing showing three circles, each with a label "Hg" inside. The top circle is labeled "elastic collision". It is next to two arrows of equal length, one pointing towards the circle, and one pointing away. The middle circle is labeled "inelastic collision", and has a longer arrow pointing towards it, and a shorter arrow leading away. The lowest circle is labeled "light emission", and is next to a squiggly arrow that points away.|справа|мини|316x316пкс| Упругие и неупругие столкновения электронов с атомами ртути. Медленно движущиеся электроны после упругих столкновений меняют направление, но не меняют своей скорости. Более быстрые электроны теряют большую часть своей скорости в неупругих столкновениях. Потерянная кинетическая энергия передается атому ртути. Затем атом излучает свет и возвращается в исходное состояние.]]
+[[Файл:FHcollisions.svg|альт=На рисунке показаны три круга, каждый с надписью «Hg» внутри. Верхний круг помечен как «упругое столкновение». Он находится рядом с двумя стрелками одинаковой длины, одна из которых указывает на круг, а другая — в сторону. Средний круг помечен как «неупругое столкновение» и имеет более длинную стрелку, указывающую на него, и более короткую стрелку, уходящую в сторону. Самый нижний кружок помечен как «излучение света» и находится рядом с волнистой стрелкой, указывающей в сторону.|справа|мини|316x316пкс| Упругие и неупругие столкновения электронов с атомами ртути. Медленно движущиеся электроны после упругих столкновений меняют направление, но не меняют своей скорости. Более быстрые электроны теряют большую часть своей скорости в неупругих столкновениях. Потерянная кинетическая энергия передается атому ртути. Затем атом излучает свет и возвращается в исходное состояние.]]
-Франк и Герц объяснили свой эксперимент [[Удар#Абсолютно упругий удар|упругими]] и [[Удар#Абсолютно неупругий удар|неупругими столкновениями]] между электронами и атомами ртути. Медленно движущиеся электроны упруго сталкиваются с атомами ртути. Это означает, что направление, в котором движется электрон, изменяется при столкновении, но его скорость остаётся неизменной. Упругое столкновение показано на рисунке, где длина стрелки указывает скорость электрона. Атом ртути оказывается не затронут столкновением, в основном потому, что он примерно в четыреста тысяч раз массивнее электрона.
+Франк и Герц объяснили свой эксперимент [[Удар#Абсолютно упругий удар|упругими]] и [[Удар#Абсолютно неупругий удар|неупругими столкновениями]] между электронами и атомами ртути. Медленно движущиеся электроны упруго сталкиваются с атомами ртути<ref name=FH1 /><ref name=Lemmerich />. Это означает, что направление, в котором движется электрон, изменяется при столкновении, но его скорость остаётся неизменной. Упругое столкновение показано на рисунке, где длина стрелки указывает скорость электрона. Атом ртути оказывается не затронут столкновением, в основном потому, что он примерно в четыреста тысяч раз массивнее электрона<ref name=Melissinos /><ref name=Demtroeder />.
-Когда скорость электрона превышает примерно 1,3 миллиона метров в секунду,  столкновения с атомом ртути становятся неупругими. Эта скорость соответствует кинетической энергии 4,9 эВ, которая поглощается атомом ртути. Как показано на рисунке, скорость электрона уменьшается, а атом ртути «возбуждается». Через короткое время энергия в 4,9 эВ, переданная атому ртути, высвобождается в виде ультрафиолетового света с длиной волны ровно 254&nbsp;нм. После излучения света атом ртути возвращается в исходное невозбуждённое состояние.
+Когда скорость электрона превышает примерно 1,3 миллиона метров в секунду<ref name=Nuffield />, столкновения с атомом ртути становятся неупругими. Эта скорость соответствует кинетической энергии 4,9 эВ, которая поглощается атомом ртути. Как показано на рисунке, скорость электрона уменьшается, а атом ртути «возбуждается». Через короткое время энергия в 4,9 эВ, переданная атому ртути, высвобождается в виде ультрафиолетового света с длиной волны ровно 254 нм. После излучения света атом ртути возвращается в исходное невозбуждённое состояние<ref name=Melissinos /><ref name=Demtroeder />.
-Если электроны, испускаемые катодом, летели бы свободно, пока не достигли сетки, они приобрели бы кинетическую энергию, пропорциональную приложенному к сетке напряжению. 1 эВ кинетической энергии соответствует разности потенциалов в 1 вольт между сеткой и катодом. Упругие столкновения с атомами ртути увеличивают время, необходимое электрону для достижения сетки, но средняя кинетическая энергия прибывающих туда электронов не сильно изменяется.
+Если электроны, испускаемые катодом, летели бы свободно, пока не достигли сетки, они приобрели бы кинетическую энергию, пропорциональную приложенному к сетке напряжению. 1 эВ кинетической энергии соответствует разности потенциалов в 1 вольт между сеткой и катодом<ref name=Thornton />. Упругие столкновения с атомами ртути увеличивают время, необходимое электрону для достижения сетки, но средняя кинетическая энергия прибывающих туда электронов не сильно изменяется<ref name=Demtroeder />.
-Когда напряжение на сетке достигает 4,9 В, столкновения электронов вблизи сетки становятся неупругими, и электроны сильно замедляются. Кинетическая энергия типичного электрона, попадающего в сетку, уменьшается настолько, что он не может двигаться дальше, чтобы достичь анода, напряжение которого настроено так, чтобы слегка отталкивать электроны. Ток электронов, достигающих анода, падает, как видно на графике. Дальнейшее увеличение напряжения на сетке восстанавливает достаточно энергии для электронов, подвергшихся неупругим столкновениям, чтобы они снова могли достичь анода. Ток снова возрастает, когда потенциал сетки превышает 4,9 В. При 9,8 В ситуация снова меняется. Электроны, прошедшие примерно половину пути от катода к сетке, уже приобрели достаточно энергии, чтобы испытать первое неупругое столкновение. По мере того, как они медленно движутся к сетке из средней точки, их кинетическая энергия снова накапливается, но когда они достигают сетки, они могут испытать второе неупругое столкновение. И снова ток на аноде падает. С интервалами в 4,9 вольта этот процесс будет повторяться; каждый раз электроны будут испытывать одно дополнительное неупругое столкновение.
+Когда напряжение на сетке достигает 4,9 В, столкновения электронов вблизи сетки становятся неупругими, и электроны сильно замедляются. Кинетическая энергия типичного электрона, попадающего в сетку, уменьшается настолько, что он не может двигаться дальше, чтобы достичь анода, напряжение которого настроено так, чтобы слегка отталкивать электроны. Ток электронов, достигающих анода, падает, как видно на графике. Дальнейшее увеличение напряжения на сетке восстанавливает достаточно энергии для электронов, подвергшихся неупругим столкновениям, чтобы они снова могли достичь анода. Ток снова возрастает, когда потенциал сетки превышает 4,9 В. При 9,8 В ситуация снова меняется. Электроны, прошедшие примерно половину пути от катода к сетке, уже приобрели достаточно энергии, чтобы испытать первое неупругое столкновение. По мере того, как они медленно движутся к сетке из средней точки, их кинетическая энергия снова накапливается, но когда они достигают сетки, они могут испытать второе неупругое столкновение. И снова ток на аноде падает. С интервалами в 4,9 вольта этот процесс будет повторяться; каждый раз электроны будут испытывать одно дополнительное неупругое столкновение<ref name=Melissinos /><ref name=Demtroeder />.
 == Ранняя квантовая теория ==
-[[Файл:BohrLevels.svg|альт=The drawing has a wide rectangle at the top labeled "vacuum levels". Underneath the rectangle and to the left is a vertical arrow that ends at the rectangle; the arrow is labeled "electron binding energy". In the middle is a long series of finely separated lines that are parallel to the bottom of the rectangle; these are labeled "classical energy levels". To the right is a series of four well-separated parallel lines; these are labeled "quantum energy levels".|справа|мини| Модель атома Бора предполагала, что электрон может быть связан с атомным ядром только с одной из ряда удельных энергий, соответствующих квантовым энергетическим уровням. Ранее классические модели связи частиц допускали любую энергию связи.]]
+[[Файл:BohrLevels.svg|альт=На чертеже вверху есть широкий прямоугольник с надписью «уровни вакуума». Под прямоугольником слева находится вертикальная стрелка, оканчивающаяся прямоугольником; стрелка помечена как «энергия связи электрона». Посередине находится длинная серия чётко разделённых линий, параллельных нижней части прямоугольника; они называются «классическими энергетическими уровнями». Справа находится ряд из четырёх хорошо разделённых параллельных линий; они называются «квантовыми энергетическими уровнями».|справа|мини| Модель атома Бора предполагала, что электрон может быть связан с атомным ядром только с одной из ряда удельных энергий, соответствующих квантовым энергетическим уровням. Ранее классические модели связи частиц допускали любую энергию связи.]]
-В то время как Франк и Герц опубликовали результаты своих экспериментов в 1914 году, они не знали, что в 1913 году Нильс Бор опубликовал свою модель атомов, которая очень успешно объясняла оптические свойства атомарного водорода. Обычно они наблюдались в газовых разрядах, испускающих свет на нескольких длинах волн. Обычные источники света, такие как лампы накаливания, излучают свет на всех длинах волн. Бор очень точно рассчитал длины волн, излучаемых водородом<ref name="Heilbron">{{Cite book|last=Heilbron|first=John L.|author-link=John L. Heilbron|chapter=Bohr's First Theories of the Atom|pages=[https://archive.org/details/nielsbohrcentena00fren/page/33 33–49]|authorlink1=Anthony French|year=1985|title=Niels Bohr: A Centenary Volume|location=Cambridge, Massachusetts|publisher=Harvard University Press|isbn=9780674624160}}</ref>.
+В то время как Франк и Герц опубликовали результаты своих экспериментов в 1914 году, они не знали<ref name=Franck60 /> , что в 1913 году Нильс Бор опубликовал свою модель атомов, которая очень успешно объясняла оптические свойства атомарного водорода. Обычно они наблюдались в газовых разрядах, испускающих свет на нескольких длинах волн. Обычные источники света, такие как лампы накаливания, излучают свет на всех длинах волн. Бор очень точно рассчитал длины волн, излучаемых водородом<ref name=Heilbron>{{cite book |last=Heilbron |first=John L. |author-link=John L. Heilbron |chapter=Bohr's First Theories of the Atom |pages=[https://archive.org/details/nielsbohrcentena00fren/page/33 33–49] |editor1-last=French |editor1-first=A. P. |editor-link=Anthony French |editor2-last=Kennedy |editor2-first=P. J. |year=1985 |title=Niels Bohr: A Centenary Volume |location=Cambridge, Massachusetts |publisher=Harvard University Press |oclc=12051112 |isbn=9780674624160 |chapter-url-access=registration |chapter-url=https://archive.org/details/nielsbohrcentena00fren/page/33 }}</ref>.
-Основное предположение модели Бора касается возможных энергий связи электрона с ядром атома. Атом может быть [[Ионизация|ионизирован]], если столкновение с другой частицей даёт по крайней мере эту энергию связи. Это отрывает электрон от атома и оставляет положительно заряженный ион. Есть аналогия со спутниками, вращающимися вокруг Земли. Каждый спутник имеет свою орбиту, и возможно практически любое орбитальное расстояние и любая энергия связи спутника. Поскольку электрон с такой же силой притягивается к положительному заряду атомного ядра, то так называемые «классические» расчёты предполагают, что любая энергия связи должна быть возможна и для электронов. Однако Бор предполагал, что имеет место только определённый ряд энергий связи, которые соответствуют «квантовым энергетическим уровням» электрона. Электрон обычно находится на самом низком энергетическом уровне с наибольшей энергией связи. Дополнительные уровни лежат выше, с меньшей энергией связи. Промежуточные энергии связи, лежащие между этими уровнями, не допускаются. Это было революционным предположением.
+Основное предположение модели Бора касается возможных энергий связи электрона с ядром атома. Атом может быть [[Ионизация|ионизирован]], если столкновение с другой частицей даёт по крайней мере эту энергию связи. Это отрывает электрон от атома и оставляет положительно заряженный ион. Есть аналогия со спутниками, вращающимися вокруг Земли. Каждый спутник имеет свою орбиту, и возможно практически любое орбитальное расстояние и любая энергия связи спутника. Поскольку электрон с такой же силой притягивается к положительному заряду атомного ядра, то так называемые «классические» расчёты предполагают, что любая энергия связи должна быть возможна и для электронов. Однако Бор предполагал, что имеет место только определённый ряд энергий связи, которые соответствуют «квантовым энергетическим уровням» электрона. Электрон обычно находится на самом низком энергетическом уровне с наибольшей энергией связи. Дополнительные уровни лежат выше, с меньшей энергией связи. Промежуточные энергии связи, лежащие между этими уровнями, не допускаются. Это было революционным предположением<ref name=Cohen />.
-Франк и Герц предположили, что напряжение 4,9 В, характерные для их экспериментов, были вызваны ионизацией атомов ртути в результате столкновений с летящими электронами, испускаемыми на катоде. В 1915 году Бор опубликовал статью, в которой отмечалось, что измерения Франка и Герца больше согласуются с предположением о квантовых уровнях в его собственной модели атомов<ref name="Kragh">{{Cite book|title=Niels Bohr and the Quantum Atom: The Bohr Model of Atomic Structure 1913-1925|first=Helge|last=Kragh|publisher=Oxford University Press|year=2012|isbn=9780191630460|page=144|url=https://books.google.com/books?id=pVyrkndSrkQC&pg=PA144}}</ref>. В модели Бора столкновение возбуждало внутренний электрон внутри атома с его нижнего уровня на первый квантовый уровень над ним. Модель Бора также предсказывала, что свет будет излучаться, когда внутренний электрон вернётся со своего возбужденного квантового уровня на самый нижний; его длина волны соответствовала разнице энергий внутренних уровней атома, которая получила название соотношения Бора.  Наблюдение Франка и Герца за излучением их трубки в 254&nbsp;nm также согласуется с точкой зрения Бора. Написав после окончания [[Первая мировая война|Первой мировой войны]] в 1918 году, Франк и Герц в значительной степени приняли точку зрения Бора для интерпретации своего эксперимента, который стал одним из экспериментальных столпов квантовой механики. Как описал это Абрахам Паис: «Красота работы Франка и Герца заключается не только в измерении потерь энергии ''E''<sub>2</sub> - ''E''<sub>1</sub> налетающего электрона, но они также обнаружили, что, когда энергия этого электрона превышает 4,9 эВ, ртуть начинает излучать ультрафиолетовый свет с определённой частотой ''ν,'' как определено в приведенной выше формуле. Тем самым они дали (сначала невольно) первое прямое экспериментальное доказательство соотношения Бора!». Сам Франк подчеркнул важность эксперимента с ультрафиолетовым излучением в эпилоге к [[Комитет по изучению физических наук|фильму Комитета по изучению физических наук]] (PSSC) 1960 года об эксперименте Франка - Герца.
+Франк и Герц предположили, что напряжение 4,9 В, характерные для их экспериментов, были вызваны ионизацией атомов ртути в результате столкновений с летящими электронами, испускаемыми на катоде. В 1915 году Бор опубликовал статью, в которой отмечалось, что измерения Франка и Герца больше согласуются с предположением о квантовых уровнях в его собственной модели атомов<ref name=Kragh>{{cite book |title=Niels Bohr and the Quantum Atom: The Bohr Model of Atomic Structure 1913-1925 |first=Helge |last=Kragh |publisher=Oxford University Press |year=2012 |isbn=9780191630460 |page=144 |url=https://books.google.com/books?id=pVyrkndSrkQC&pg=PA144}} Краг цитирует предложение из одной из статей Бора 1915 года, в которой он обсуждает работы Франка и Герца 1914 года: «Похоже, что их эксперимент может согласовываться с предположением, что это напряжение (4,9 В) соответствует только переходу от нормального состояния в какое-либо другое стационарное состояние нейтрального атома.»</ref>. В модели Бора столкновение возбуждало внутренний электрон внутри атома с его нижнего уровня на первый квантовый уровень над ним. Модель Бора также предсказывала, что свет будет излучаться, когда внутренний электрон вернётся со своего возбужденного квантового уровня на самый нижний; его длина волны соответствовала разнице энергий внутренних уровней атома, которая получила название соотношения Бора<ref name=Pais2 />. Наблюдение Франка и Герца за излучением их трубки в 254 nm также согласуется с точкой зрения Бора. Написав после окончания [[Первая мировая война|Первой мировой войны]] в 1918 году, Франк и Герц в значительной степени приняли точку зрения Бора для интерпретации своего эксперимента, который стал одним из экспериментальных столпов квантовой механики<ref name=Rice /><ref name=Lemmerich />. Как описал это Абрахам Паис: «Красота работы Франка и Герца заключается не только в измерении потерь энергии ''E''<sub>2</sub> — ''E''<sub>1</sub> налетающего электрона, но они также обнаружили, что, когда энергия этого электрона превышает 4,9 эВ, ртуть начинает излучать ультрафиолетовый свет с определённой частотой ''ν,'' как определено в приведенной выше формуле. Тем самым они дали (сначала невольно) первое прямое экспериментальное доказательство соотношения Бора!»<ref name=Pais2 />. Сам Франк подчеркнул важность эксперимента с ультрафиолетовым излучением в эпилоге к [[Комитет по изучению физических наук|фильму Комитета по изучению физических наук]] (PSSC) 1960 года об эксперименте Франка — Герца<ref name=Franck60 />.
 == Эксперимент с неоном ==
-[[Файл:Franck-Hertz-Neon-3.png|мини| Эксперимент Франка - Герца с неоновым газом: три светящиеся области.]]
+[[Файл:Franck-Hertz-Neon-3.png|мини| Эксперимент Франка — Герца с неоновым газом: три светящиеся области.]]
-В учебных лабораториях эксперимент Франка - Герца часто проводится с использованием [[Неон|газа неона]], который показывает начало неупругих столкновений с видимым оранжевым свечением в вакуумной трубке, а также нетоксичен в случае поломки трубки. В случае ртутных трубок модель упругих и неупругих столкновений предсказывает, что между анодом и сеткой должны быть узкие полосы, где ртуть излучает свет, но этот свет является ультрафиолетовым и невидимым. Для неона интервал напряжения Франка - Герца составляет 18,7 вольт, а при подаче 18,7 вольт возле сетки появляется оранжевое свечение. Это свечение будет приближаться к катоду с увеличением ускоряющего потенциала и указывает места, где электроны приобрели 18,7 эВ, необходимые для возбуждения атома неона. При напряжении 37,4 В будут видны два отчётливых свечения: одно посередине между катодом и сеткой, а другое прямо у ускоряющей сетки. Более высокие потенциалы, расположенные с интервалом в 18,7 вольт, приведут к появлению дополнительных светящихся областей в трубке.
+В учебных лабораториях эксперимент Франка — Герца часто проводится с использованием [[Неон|газа неона]], который показывает начало неупругих столкновений с видимым оранжевым свечением в вакуумной трубке, а также нетоксичен в случае поломки трубки. В случае ртутных трубок модель упругих и неупругих столкновений предсказывает, что между анодом и сеткой должны быть узкие полосы, где ртуть излучает свет, но этот свет является ультрафиолетовым и невидимым. Для неона интервал напряжения Франка — Герца составляет 18,7 вольт, а при подаче 18,7 вольт возле сетки появляется оранжевое свечение. Это свечение будет приближаться к катоду с увеличением ускоряющего потенциала и указывает места, где электроны приобрели 18,7 эВ, необходимые для возбуждения атома неона. При напряжении 37,4 В будут видны два отчётливых свечения: одно посередине между катодом и сеткой, а другое прямо у ускоряющей сетки. Более высокие потенциалы, расположенные с интервалом в 18,7 вольт, приведут к появлению дополнительных светящихся областей в трубке.
-Дополнительным преимуществом неона для учебных лабораторий является то, что трубку можно использовать при комнатной температуре. Однако длина волны видимого излучения намного больше, чем предсказывается соотношением Бора и интервалом 18,7 В. Частичное объяснение оранжевого света включает два атомных уровня, лежащих на 16,6 эВ и 18,7 эВ выше самого нижнего уровня. Электроны, возбужденные до уровня 18,7 эВ, падают до уровня 16,6 эВ с сопутствующим излучением оранжевого света<ref>{{Cite book|title=Fundamentals of Light Sources and Lasers|pages=31–36|chapter=2.6 The Franck–Hertz Experiment|first=Mark|last=Csele|publisher=John Wiley & Sons|year=2011|isbn=9780471675228}}</ref>.
+Дополнительным преимуществом неона для учебных лабораторий является то, что трубку можно использовать при комнатной температуре. Однако длина волны видимого излучения намного больше, чем предсказывается соотношением Бора и интервалом 18,7 В. Частичное объяснение оранжевого света включает два атомных уровня, лежащих на 16,6 эВ и 18,7 эВ выше самого нижнего уровня. Электроны, возбужденные до уровня 18,7 эВ, падают до уровня 16,6 эВ с сопутствующим излучением оранжевого света<ref>{{cite book |title=Fundamentals of Light Sources and Lasers |pages=31–36 |chapter=2.6 The Franck–Hertz Experiment |first=Mark |last=Csele |publisher=John Wiley & Sons |year=2011 |isbn=9780471675228 |chapter-url=https://books.google.com/books?id=xQfKWwvH42kC&pg=PA31}}</ref>.
 == Примечания ==
+{{reflist |refs=
+<ref name=Brandt>{{cite book |title=The harvest of a century : discoveries of modern physics in 100 episodes |first=Siegmund |last=Brandt |chapter=25. The Franck Hertz experiment (1914) |page=272 |publisher=Oxford University Press |year=2008 |isbn=9780191580123 |chapter-url=https://books.google.com/books?id=Zdtnvou-V9cC&pg=PT272}}</ref>
+<ref name=Cohen>{{cite book |title=Revolution in Science |url=https://archive.org/details/revolutioninscie00cohe |url-access=registration |first=I. Bernard |last=Cohen |author-link=I. Bernard Cohen |publisher=Belknap Press |year=1985 |isbn=9780674767775 |pages=[https://archive.org/details/revolutioninscie00cohe/page/427 427–428] |quote=In 1912 a young Dane working in Rutherford's laboratory in Manchester proposed a revolutionary new model of the atom. ... What made Bohr's theory difficult to believe in was the idea of discrete and fixed states or orbits, with no intermediate states being possible.}}</ref>
+<ref name=Demtroeder>{{cite book |title=Atoms, Molecules and Photons: An Introduction to Atomic-, Molecular- and Quantum Physics |first=Wolfgang |last=Demtröder |publisher=Springer |year=2010 |isbn=9783642102981 |chapter=3.4.4 Franck–Hertz experiment |pages=118–120 |chapter-url=https://books.google.com/books?id=vbc5mA7OEuYC&pg=PA118}}</ref>
+<ref name=FH1>{{cite journal | first1=J. |last1=Franck |first2=G. |last2=Hertz |title = Über Zusammenstöße zwischen Elektronen und Molekülen des Quecksilberdampfes und die Ionisierungsspannung desselben |language=de |trans-title=On the collisions between electrons and molecules of mercury vapor and the ionization potential of the same |journal = Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft | year = 1914 | volume = 16 | pages = 457–467|url=https://www.dpg-physik.de/presse/veranstaltungen/tagungen/2014/pdf/Franck-Hertz-Experiment-VH1914.pdf}} A translation of this paper is given in {{cite book |last1=Boorse |first1=Henry A. |last2=Motz |first2=Lloyd |title=The World of the Atom |volume=1 |chapter=46. The Quantum Theory is Tested |pages=766–778 |publisher=Basic Books |year=1966 |oclc=534667 }} In their initial papers, Franck and Hertz interpreted the 4.9 V potential associated with inelastic electron-mercury collisions as indicative of the ionization potential of mercury. The relationship to the Bohr model of atoms emerged somewhat later.</ref>
+<ref name=FH2>{{cite journal |first1=J. |last1=Franck |first2=G. |last2=Hertz |title = Über die Erregung der Quecksilberresonanzlinie 253,6 μμ durch Elektronenstöße |language=de |trans-title=On the excitation of mercury resonance lines at 253.6 nm by electron collisions |journal = Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft |year = 1914 |volume=16 |pages=512–517}} The symbol μμ is an outdated, rare usage for a [[nanometre|nanometer]]. This article was reprinted in {{cite book |title=Die Elektronenstoßversuche |first1=James |last1=Franck |first2=Gustav |last2=Hertz |first3=Armin |last3=Hermann |author3-link=:de:Armin Hermann  |location=München |publisher=E. Battenberg |year=1967 |oclc=9956175}}</ref>
+<ref name=Franck60>In 1960, Franck explained that he and Hertz were unaware of Bohr's ideas when their two 1914 papers were presented. Franck gave his remarks as the epilogue to the film on the Franck–Hertz experiment from the [[Physical Science Study Committee]] (1960). The film is available online; see {{cite AV media |people=Byron L. Youtz (narrator); James Franck (epilogue); Jack Churchill (director) |year=1960 |title=Franck-Hertz experiment |minutes=25 |url=https://archive.org/details/FranckHertzExperiment |medium=16 mm film |publisher=Educational Services |oclc=4949442 |access-date=2014-07-01}}. A transcript of the epilogue was published shortly after the film was made; see  {{cite journal |last=Holton |first=Gerald |title=On the recent past of physics |year=1961 |journal=American Journal of Physics |volume=61 |issue=12 |pages=805–810 |doi=10.1119/1.1937623 |bibcode = 1961AmJPh..29..805H }}</ref>
+<ref name=Lemmerich>{{cite book |title=Science and Conscience: The Life of James Franck |first=Jost |last=Lemmerich |others=Translated by Ann Hentschel |publisher=Stanford University Press |date=2011 |isbn=9780804779098 |pages=45–50 |quote=Then two papers by Franck and Hertz about measurements on vaporized mercury that were to enter their names on the rolls of the history of physics appeared in quick succession. The first paper was presented by Gustav Hertz at the German Physical Society's meeting on 24 April 1914, the second by James Franck on May 22. (p. 45) |url=https://books.google.com/books?id=tCoY5WAjHPQC&pg=PA45}} Translation of {{cite book |title=Aufrecht im Sturm der Zeit : der Physiker James Franck, 1882-1964 |publisher=Verlag für Geschichte der Naturwissenschaften und der Technik |date=2007 |isbn=9783928186834 |oclc=234125038}}</ref>
+<ref name=Melissinos>{{cite book |title=Experiments in Modern Physics |first1=Adrian Constantin |last1=Melissinos |first2=Jim |last2=Napolitano |chapter=1.3 The Franck–Hertz Experiment |pages=10–19 |publisher=Gulf Professional Publishing |year=2003 |isbn=9780124898516 |chapter-url=https://books.google.com/books?id=eTK1lX_oCUcC&pg=PA10}} This reference incorrectly suggests that Franck and Hertz were aware of the Bohr model when they published their experiments. Franck himself remarked on this in an interview late in his life; see {{cite journal |last=Holton |first=Gerald |title=On the recent past of physics |year=1961 |journal=American Journal of Physics |volume=61 |issue=12 |pages=805–810 |doi=10.1119/1.1937623|bibcode = 1961AmJPh..29..805H }}</ref>
+<ref name=Nuffield>For converting electron volts to electron speeds, see {{cite web |title=The speed of electrons |publisher=[[Nuffield Foundation]] |work=Practical Physics |url=http://www.nuffieldfoundation.org/practical-physics/speed-electrons |access-date=2014-04-18}}</ref>
+<ref name=Pais>{{cite book |title=Subtle is the Lord: The Science and the Life of Albert Einstein |publisher=Oxford University Press |year=1982 |isbn=9780191524028 |last=Pais |first=Abraham |page=[https://archive.org/details/subtleislordscie00pais/page/381 381] |url=https://archive.org/details/subtleislordscie00pais|url-access=registration }} The energy ''E'' of a photon is the product of [[Planck's constant]] ''h'' and the ratio ''c''/''λ'' of the speed of light ''c'' and the wavelength ''λ''.</ref>
+<ref name=Pais2>{{cite book |title=Twentieth Century Physics |volume=1 |editor1-last=Brown |editor1-first=Laurie M. |editor1-link=Laurie Brown (physicist) |editor2-first=Abraham |editor2-last=Pais |editor3-first=Brian |editor3-last=Pippard |editor3-link=Brian Pippard |publisher=American Institute of Physics Press |year=1995 |chapter=Introducing Atoms and Their Nuclei |last=Pais |first=Abraham |author-link=Abraham Pais |page=89 |quote=Now the beauty of Franck and Hertz's work lies not only in the measurement of the energy loss ''E''<sub>2</sub>-''E''<sub>1</sub> of the impinging electron, but they also observed that, when the energy of that electron exceeds 4.9 eV, mercury begins to emit ultraviolet light of a definite frequency ''ν'' as defined in the above formula. Thereby they gave (unwittingly at first) the first direct experimental proof of the Bohr relation! |isbn=9780750303101}} The frequency ''ν'' is related to the wavelength ''λ'' of light by the formula ''ν'' = ''c''/''λ'', where ''c''=2.99×10<sup>8</sup> meters per second is the speed of light in vacuum.</ref>
+<ref name=Rice>{{cite web |url=http://www.nasonline.org/publications/biographical-memoirs/memoir-pdfs/franck-james.pdf |title=James Franck 1882-1964: A Biographical Memoir |year=2010 |publisher=[[National Academy of Sciences]] (US) |last1=Rice |first1=Stuart A. |last2=Jortner |first2=Joshua  |quote=Our understanding of the world was transformed by the results of this experiment; it is arguably one of the most important foundations of the experimental verification of the quantum nature of matter. |page=6}}</ref>
+<ref name=Thornton>In their original experiment, Franck and Hertz used platinum for both the cathode and the grid. When different materials are used for the electrodes, there is an additional contribution to the kinetic energy beyond the externally applied voltage. See {{cite book |title=Modern Physics for Scientists and Engineers |first1=Stephen |last1=Thornton |first2=Andrew |last2=Rex |edition=4 |pages=154–156 |url=https://books.google.com/books?id=u0gmQ07nyyMC&pg=PA154 |publisher=Cengage Learning |year=2012 |isbn=9781133103721 }}</ref>
+<ref name=Thornton2>{{cite book |title=Modern Physics for Scientists and Engineers |first1=Stephen |last1=Thornton |first2=Andrew |last2=Rex |edition=4 |pages=154–156 |url=https://books.google.com/books?id=u0gmQ07nyyMC&pg=PA154 |publisher=Cengage Learning |year=2012 |isbn=9781133103721 }}</ref>
+}}
-== Литература ==
+== Литература ==
+* {{cite web |title=3B Scientific Mercury Franck–Hertz Tube U8482170 |last=Basile |first=Giorgio |url=http://lampes-et-tubes.info/dt/dt029.php?l=e}} Selection of images of a vacuum tube used for the Franck-Hertz experiment in instructional laboratories.
+* {{cite book|title=Nobel Lectures, Physics 1922–1941|publisher=Elsevier|chapter=Transformation of Kinetic Energy of Free Electrons into Excitation Energy of Atoms by Impacts|last=Franck|first=James|year=1965|chapter-url=https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/franck-lecture.pdf}} Translation of Franck’s Nobel lecture that he gave December 11, 1926.
+* {{cite journal |last1=Gearhart |first=Clayton A. | title = The Franck-Hertz Experiments, 1911–1914: Experimentalists in Search of a Theory | journal = Physics in Perspective | year = 2014 | volume = 16 | issue = 3 | pages = 293–343 | doi = 10.1007/s00016-014-0139-3 |bibcode = 2014PhP....16..293G }}
+* {{cite book |title=Nobel Lectures, Physics 1922–1941 |publisher=Elsevier |chapter=The results of the electron-impact tests in the light of Bohr’s theory of atoms |last=Hertz |first=Gustav |year=1965 |chapter-url=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1925/hertz-lecture.pdf}} Translation of Hertz’s Nobel lecture that he gave December 11, 1926.
+* {{cite web |last=Nicoletopoulos |first=Peter |url=http://web.me.com/peter.nicoletopoulos/Site/Literature_on_the_Franck-Hertz_Experiment.html |archive-url=https://web.archive.org/web/20120116202119/http://web.me.com/peter.nicoletopoulos/Site/Literature_on_the_Franck-Hertz_Experiment.html |archive-date=2012-01-16 |title=Up-to-date literature on the Franck–Hertz Experiment |year=2012 }} See also {{cite web |title=Up-to-date literature on the Franck–Hertz experiment |url=http://users.skynet.be/P.Nicoletopoulos/references.html }} Nicoletopoulos, who died in 2013, had authored and co-authored several papers related to the Franck-Hertz experiment; these papers challenge the conventional interpretations of the experiment. See {{cite book |title=ARC Centre of Excellence for Antimatter–Matter Studies: Annual Report 2012 |chapter=In Memory of Peter Nicoletopoulos |chapter-url=http://www.positron.edu.au/documents/annrep12.pdf |first1=Robert |last1=Robson |first2=Ronald |last2=White |page=3 |publisher=Australian Research Council}}
+* {{cite journal |first1=G. |last1=Rapior |first2=K. |last2=Sengstock |first3=V. |last3=Baev |title=New features of the Franck–Hertz experiment |journal=Am. J. Phys. |year=2006 |volume=74 |issue=5 |pages=423–428 |doi=10.1119/1.2174033 |url=http://grundpraktikum.physik.uni-saarland.de/scripts/New_features.pdf |bibcode=2006AmJPh..74..423R |access-date=2014-03-30 |archive-url=https://web.archive.org/web/20140413150457/http://grundpraktikum.physik.uni-saarland.de/scripts/New_features.pdf |archive-date=2014-04-13 |url-status=dead }} Franck and Hertz’s original paper reported anode currents up to about 15 V, as illustrated in the figure above. Additional maxima and minima occur when current is measured to higher voltages. This paper notes that the spacing between the minima and maxima isn’t exactly 4.9 V, but increases for higher voltages and varies with temperature, and provides a model for this effect.
 [[Категория:1914 год в науке]]
 [[Категория:Физические эксперименты]]

Опыт Франка — Герца: различия между версиями

Версия от 17:48, 18 января 2022

Содержание

Эксперимент

Моделирование столкновений электронов с атомами

Ранняя квантовая теория

Эксперимент с неоном

Примечания

Литература

Навигация

Опыт Франка — Герца: различия между версиями

Версия от 17:48, 18 января 2022

Эксперимент

Моделирование столкновений электронов с атомами

Ранняя квантовая теория

Эксперимент с неоном

Примечания

Литература

Навигация

Поиск