ReporteLab9[ExperimentodeFranck-Hertz]

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UNIVERSIDAD DEL VALLE
FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS
CURSO DE LABORATORIO DE FISICA MODERNA I
Reporte de laboratorio: Experimento de Franck-Hertz
Por: Andrea Naranjo López, Código: 0737397. 
 Víctor M. Rico Botero, Código: 0733640.
1. Metodología
Una válvula termoiónica a baja presión, de tres electródos y que contiene mercurio en estado gaseoso es usada 
para probar la cuantización de los niveles de energía en los átomos.
Figura 1. Diagrama esquemático de la válvula termoiónica 
de tres terminales y sus conexiones principales.
Una fuente de corriente alterna conectada a un filamento es usada para generar electrones por termoemisión 
que, al ser sometidos a una diferencia de potencial, se aceleran desde el cátodo hasta una regilla; en el camino 
hacia la regilla, los electrones chocan con los átomos del gas contenido en la vávula. Si la energía del choque 
es mayor a la energía de exicitación del átomo, éste emite una línea de radiación electromagnética que se mide 
a través de en una computadora (E=hc/λ [eV]). Aumentado la diferencia de potencial entre el cátodo y la regilla 
a una rata constante (mediante un equipo electrónico que aplica un perido de una señal diente de sierra) se 
consigue aumentar la energía de los electrónes que han colisionado de modo que en el ánodo de la válvula se 
establece una corriente que aumenta progresivamente.
Midiendo la diferencia de potencial entre el cátodo y la regilla de control y la corriente a través del ánodo de la 
válvula puede estimarse la energía con la que colisionan los electrónes a los átomos del gas de mercurio. La 
curva de corriente a través de la placa anódica indica si dicha energía ha sido absorbida o no por los átomos del 
gas; si la corriente anódica es aproximadamente cero significa que la energía de la colisión ha sido absorbida.
Un sistema externo permite controlar la temperatura del gas de mercurio de forma que el experimento puede 
realizarse en condiciones diferentes.
La medición de la diferencia de potencial entre los picos de corriente hallados experimentalmente indica la 
energía absorbida (y por ende de excitación) por los átomos de mercurio mediante E=q∆φ donde q es la carga 
del electrón y ∆φ la diferencia de potencial entre la regilla y el cátodo.
2. Resultados Experimentales.
La curva de la figura 2 enseña la curva de voltaje acelerador contra corriente ánodica encontrada 
experimentalmente en el laboratorio. Los valores allí graficados se han obtenido de la computadora que registra 
ambos datos. Los valores de tensión y corriente donde se presentan los picos de corriente de la gráfica se 
muestran en las tablas 1 y 2; los valores de la columna V i – Vi -1 indican la diferencia entre los potenciales de 
aceleración de dos picos de corriente sucesivos. 
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Figura 2. Curva de corriente a través del ánodo en función de la diferencia de potencial
aplicada entre el cátodo y la regilla de la válvula termoiónica.
 Tabla 1. Coordenadas de los picos de corriente de Tabla 2. Coordenadas de los picos de corriente de 
la curva T=160 [ºC] de la figura 1. la curva T=137 [ºC] de la figura 1.
3. Analisis de Resultados.
De acuerdo a los resultados de la tabla 1 los átomos de gas de mercurio a 160 [ºC] pasan a estados de 
excitación solo cuando absorben en promedio 4,84 [eV]. Este valor se ha obtenido del promedio de las 
mediciones de diferencia de potencial entre picos de corriente (V i – Vi -1), usando la definción E=e∆φ (en [J]) y 
haciendo la conversión de éste valor a [eV]. De acuerdo a los resultados de la tabla 2 la energía de excitación 
de los átomos de mercurio a 137 [ºC] es en promedio de 4,79 [eV].
El error entre los valores medidos experimentalmente y el esperado (4,9 [eV]) es de -1,22% y -2,24% a 160 [ºC] 
y 137 [ºC] respectivamente.
Se esperaba que la energía de colisión de los electrones con los átomos de mercurio decreciera a medida que 
aumenta la temperatura dado que la vibración térmica, solo una fracción de la energía podría lograr que el 
átomo de mercurio pase a un estado excitado... pero en el experimento se evidencia el fenómeno contrario. Sin 
embargo el error relativa evidenciado en la experiencia comprueba que efectivamente los niveles de energía 
(almenos para el átomo de mercurio) están cuantizados. 
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
160 [ºC]
137 [ºC]
Voltaje Acelerador [V]
C
o
rr
ie
n
te
 A
n
o
d
o
 [n
A
]
T=160[ºC]
Número Voltaje Corriente
de cresta Acelerador Anódica
[V] [nA]
1 6,10 0,30
4,722 10,82 0,61
3 15,62 0,93
4,734 20,35 1,16
5 25,25 1,39
5,066 30,31 1,60
V
i
-V
i -1
T=137[ºC]
Número Voltaje Corriente
de cresta Acelerador Anódica
[V] [nA]
1 15,93 0,49
4,732 20,66 1,15
3 25,66 1,75
4,854 30,51 2,14
V
i
-V
i -1