exp franck hertz

8/3/2019 Exp Franck Hertz

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LABORATORIO DE FSICA AVANZADA:

EXPERIMENTO DE FRANCK-HERTZ

ALUMNO: JOHAN LLAMOZA RAFAELCDIGO: 20064513C

PERIODO ACADMICO: 2011-II


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1. OBJETIVOS

Poder verificar la cuantizacin de los niveles de energa de los electrones de los tomos. Medida de la separacin energtica entre el estado fundamental y el primer nivel energtico del

Hg y Ne.

2. FUNDAMENTO TERICO

En la figura N1, se muestra un esquema del tubo que contiene vapor de mercurio a baja presincon el que se realiza el experimento. El ctodo caliente emite electrones con una energacintica casi nula. Ganan energa cintica debido a la diferencia de potencial existente entre elctodo y la rejilla.

Durante el viaje chocan con los tomos de vapor de mercurio y pueden perder energa. Loselectrones que lleguen a la rejilla con una energa cintica de U2 = 2.0 eV o ms, impactarn en

el nodo y darn lugar a una corriente IA. Los electrones que lleguen a la rejilla con una energamenor que U2=2.0 eV no podrn alcanzar el nodo y regresarn a la rejilla. Estos electrones nocontribuirn a la corriente I

A.

Figura N1

La corriente IA

presenta varios picos espaciados aproximadamente 4.9 eV.

El primer valle, corresponde a los electrones que han perdido toda su energa cintica despusde una colisin inelstica con un tomo de mercurio.

El segundo valle, corresponde a electrones que han experimentado dos colisiones inelsticasconsecutivas con tomos de mercurio, y as sucesivamente.

Figura N2


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Cuando un electrn experimenta una colisin inelstica con un tomo de mercurio lo deja en unestado excitado, volviendo al estado normal despus de emitir un fotn de longitud de onda, quecorresponde a una energa E=hf=hc/de aproximadamente 4.9 eV. Esta radiacin se puedeobservar durante el paso del haz de electrones a travs del vapor de mercurio.

El esquema para el Nen est descrito en la Figura N3,

Donde U3 sirve para orientar los electroce que salen del ctodo, uy U1 es el potencial queacelera los electrones hacia el nodo. De forma similar al Hg obtendremos un grfico como elde la Figura N2.

Figura N3

Para obtener experimentalmente el nivelde energa del Hg y el Ne, mediremos la separacinentre los picos.

Para el Hg: E = 4.9 eV (1)Para el Ne: E = 16.8 eV ...(2)

3. DESARROLLO EXPERIMENTALSe hace las conexiones con indican las Figuras N4 y N5 para el Hg y el Ne respectivamente.

Figura N4


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Figura N5

Se prob distintos valores de U1, U2 y Temperatura, para encontrar la mejor grfica, partiendode los valores referenciales de la gua. Figura N6 Hg(izquierda) Ne(derecha)

Figura N6

4. DATOS Y ANLISIS DE ELLOS

Hg: Con los datos referenciales de la gua U2 =2.0 V , UH = 6.3 V ,se obtuvo el mejor grfico.La Figura N7 no tiene los picos bien definidos y los valores mximos de corriente sonmenores, mientras que la Figura N8 ,con los datos, mencionados si los tiene.


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Figura N7

Figura N8


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De la figura N8 , la distancia entre cada uno de los picos es:E1 = 4.88 eVE2 = 4.88 eVE3 = 4.99 eVE4 = 4.99 eVE5 = 5.03 eV

Cuyo promedio sera E(Hg) = 4.9 . 0.1 eV . (3)

OTRA FORMA: Dado el comportamiento peridico de I vs U , al tomar Transformada deFourier, esta sera discreta y proporcional al inverso del periodo, Grfico N9.

Grfico N9

Grfico N10


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En el grfico N10 se ha obtenido mediante FFT , Transformada Discreta de Fourier, cuyaresolucin es 1/max(U1) para las frecuencias, en nuestro caso max(U1) = 55 V,entonces 1/max(U1) = 0.018.El trazo continuo se ha obtenido por interpolacin, cuya mximo se da para f = 0.202 (1/V).Para hallar su error, he considerado: de los datos discretos de FFT el mximo aparente de da enf = 0.200 (1/V) , entonces el f = 0.002 (1/V).

Entonces f = 0.202 0.002 (1/V)T = E = 4.95 0.06 eV (4)

PARA EL Ne:La mejor grfico se muestra en el Grfico N11. U2 = 6.0 V, U3 = 3.0 V , UH = 8.0 V

Grfico N11La distancia entre los dos picos que se observan es:

E1 = 16.72 eVE2 = 16.91 eV

Cuyo promedio sera:

E(Ne) = 16.8 0.1 eV (5)


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En este caso no es conveniente usar el mtodo de la Transformada Discreta De Fourier, porquela resolucin de frecuencia esta alrededor de 0.018 (1/V) , y la inversa del periodo alrededor de1/E = 0.06 (1/V) , que estn demasiado cerca.

5. DISCUSIONES Y CONCLUSIONES

Para un mejor clculo de la Energa, se necesita ms picos, pero el equipo no lo permite ya quesi aumentamos el intervalo de U1, los picos dejaran de estar bien definidos como en la figuraN7 ,ya medida que crezca los valores de IA empiezan a ser defectuosos, ver grfico N 12.

Grfico N12

Si se tuviera ms picos, el mtodo de la Transformada de Fourier sera el ms conveniente,porque aumentara en resolucin, y se evitara hacer una estimacin de la distancia entremximos, el clculo sera mas directo. Tambin notar que en el caso del Hg el resultadomediante Fourier es ms fino, ver los resultados (3) y (4) .

Se comprob la naturaleza discreta de los niveles de energa en los tomos de Hg y Ne. Y secalcul sus respectivos valores.


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6. BIOBLIOGRAFAFranck-Hertz experiement with Hg-tube, Phywe.Franck-Hertz experiement with Ne-tube, Phywe.http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/frankHertz/frankHertz.htm
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/frankHertz/frankHehttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/frankHertz/frankHertz.htmhttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/frankHertz/frankHehttp://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/frankHertz/frankHertz.htm

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