Experimento de Frank-Hertz Experimental.

Prévia do material em texto

Prática 2 - Experimento de Franck-Hertz
Allan Jefferson, Danilo Henrique, Thiago Ribeiro
Departamento de Física - Universidade Federal de Pernambuco
Área ll - Cidade Universitária - 50670-901 - Recife - PE - Brasil
allan.cabral@ufpe.br ; danilo.hnmelo@ufpe.br ; thiago.rsmelo@ufpe.br
Introdução
O experimento de Franck e Hertz feito em
1914 e serviu para verificar a natureza
quântica dos níveis de energia do átomo.
Franck e Hertz, ganharam o prêmio Nobel de
física no ano de 1925 pelos bons resultados
dos seus experimentos.
Os átomos tiveram através de experimentos de
espectroscopia a evidenciação da quantização
de energia, que foi explicada teoricamente por
Bohr em seu modelo de átomo de hidrogênio.
Em meados de 1914, Franck e Hertz realizam
um experimento, onde acontece uma troca de
energia entre o sistema atômico e os elétrons,
perceberam e desmonstraram
experimentalmente que era possível excitar os
átomos, através do bombardeamento de
elétrons com energias mais baixas, mas que
essas energias eram sempre quantizadas.
No experimento em questão, elétrons são
acelerados pelo vapor de mercúrio e também
filtrados de acordo com sua velocidade ou
energia cinética. Apenas os elétrons que
possuam a energia entre dois níveis,
conseguem excitar os átomos de mercúrio e
fazer essa transição na sua estrutura interna.
Procedimento experimental
Materiais necessários;
- Fonte de Alimentação
- Módulo de controle
- Amplificador de corrente contínua
- Termômetro
- Forno com um tubo Franck-Hertz
- Multímetro digital
- Chave liga/desliga
- Interface de comunicação com
conversor A/D
- Fonte de alimentação para interface
- Cabo para conexão serial
- Cabo BNC
Procedimento
Assim como todo experimento, precisamos de
cuidados prévios. Para listar alguns:
- Nunca se aproximar muito do forno,
pois esse pode chegar a altas
temperaturas.
- Sempre verifique se as ligações estão
corretas antes de ligar os
equipamentos.
- E mais importante, caso apareça uma
luz azulada no tubo, interromper
imediatamente o circuito!.
Agora sim, podemos iniciar a
experimentação.
Primeiramente,deve-se introduzir o sensor
(Termopar) do termômetro digital através do
orifício na parte superior do forno onde se
encontra o tubo de Frank-Hertz, mantendo-o
sempre próximo ao mesmo. Deve-se prestar
atenção nas conexões e nas escalas
dependendo do intervalo da temperatura.
Atenção, é importante verificar se as conexões
obedecem o seguinte esquema:
mailto:allan.cabral@ufpe.br
mailto:danilo.hnmelo@ufpe.br
mailto:thiago.rsmelo@ufpe.br
Figura x: Diagrama esquemático da
experiência de Frank-Hertz fonte: Material
base.
Em seguida, devemos ligar o forno e
posicionar o termostato na posição 4. a
temperatura sobre rapidamente para 130ºC.
Quando o termostato começar a oscilar para 6
ou 7 vamos esperar estabilizar até 180ºC.
Vamos então ligar os equipamentos mantendo
a chave fechada. A escala do amplificador
corrente deve ser colocada na faixa de 10nA.
A interface correspondente à unidade Phywe,
COBRA3, que está conectada ao computador
por um cabo RS232. Utilizamos, então, o
voltímetro para medir a diferença de potencial
entre o anodo e o coletor (potencial frenador).
Na interface, a entrada 1 estará ligada ao
amplificador de corrente e medirá a corrente
elétrica que passa entre o anodo e a placa
coletora do tubo Frank-Hertz. A entrada 2
mostrará a diferença de potencial responsável
pela aceleração dos elétrons do cátodo ao
ânodo e a variação durante o experimento de 0
a 50V
Ao abrir a chave S, um capacitor da unidade
eletrônica de controle. Ligado entre um catodo
e um anodo, se carregará de 0 a 50V durante,
aproximadamente 1:30 min. Para esta medida
usamos V0 = 2.
Resultados e Discussões
Para facilitar o entendimento da prática a
seguir e devido aos números altos dos valores
que foram obtidos, optou-se por mostrar
através de gráficos. Foi-se dividido em dois
grupo, inicialmente as medidas ocorreram a
170°C as tensões de 0,1 V; 1 V ; 2 V ; 3 V
onde foi possível montar o gráfico abaixo
Gráfico 1 - Tensões à 170°C
As oscilações do gráfico, são devido a
justamente a quantização dos níveis de energia
dos átomos, como também é possível observar
graficamente que a corrente cresce, juntamente
com o crescimento das tensões.
O segundo grupo, vamos observar a
dependência das medições com relação as
temperaturas. A tensão de retardo foi fixada
em um valor constante de 2 V e a temperatura
em 200°C e também foi-se observado com
temperaturas mais baixas como: 180°C ;
170°C; 160°C e 140°C.
Gráfico 2 - Comportamento da corrente (em
nA) em função da tensão de aceleração (em V)
para a temperatura de 200°C. Fonte: Dos
Próprios Autores.
Gráfico 3 - Comportamento da corrente (em
nA) em função da tensão de aceleração (em V)
para a temperatura de 180°C. Fonte: Dos
Próprios Autores.
Gráfico 4 - Comportamento da corrente (em
nA) em função da tensão de aceleração (em V)
para a temperatura de 160°C. Fonte: Dos
Próprios Autores.
Gráfico 5 - Comportamento da corrente (em
nA) em função da tensão de aceleração (em V)
para a temperatura de 140°C. Fonte: Dos
Próprios Autores.
Gráfico 6 - Comportamento da corrente (em
nA) em função da tensão de aceleração (em V)
para a temperatura de 120°C. Fonte: Dos
Próprios Autores.
Conclusão
Assim como proposto teoricamente por Frank
e Hertz a absorção de energia pelos átomos são
feitas de modo discreto, fato comprovado em
nossas experimentações.
Além disso, podemos perceber que a prática
serviu seu propósito experimental e foi
verificada além da corroboração do modelo
atômico de Bohr, mas também o efeito
termiônico no valor das correntes que
passaram pelos metais.
Referência
[1] TIPLER, Paul A. Física Moderna. GEN,
2014
[2] Luiz. Ântonio. Experimento de
Frank-Hertz. 2019 (11m40s). Disponível em:
https://www.youtube.com/watch?v=Ni3oBNO
0Vjc &ab_channel=oficiencia. Acesso em: 14
de março de 2021.
[3] Martins. Jorge Sá. Excitação por colisão.
Experiência de Franck Hertz.