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1. Franck Hertz experiment measuring xX Mode automatic control C manual control A data voltage I1 E volage Ui Current IA Temperature Tist Voltage U A voltage US C Voltage LH Gelvalue on key press Even Parameters End voltage 111 Voltage U voltage Os Voltage LIH Temperature TSoll A M Tist EOE M UH W Diagram FP Setup Information Tube Mercury Device wersion 1 3 0 1 Fig 8 Par metros de medici n del software Franck Hertz Software para tubo de mercurio 09105 99 3207 H WE Fig 9 Curva de Franck Hertz para tubo de mercurio de diferentes contratensiones U2 C El software permite recorrer la tensi n de aceleraci n tanto autom tica como manualmente La figura 9 muestra tres curvas que se registraron con distintas contracorrientes U2 1 V 1 5 V 2 V D De las distancias entre los m nimos se determina la energ a de excitaci n de los tomos de mercurio o de ne n El valor t pico para los tomos de mercurio se sit a en 4 9 V para los tomos de ne n en 17 2 V 4 INDICACIONES SOBRE EL FUNCIONAMIENTO El presente equipo de calidad cumple los requisitos t cnicos resumidos en las actuales directrices de la Comunidad Europea Las caracter sticas del producto permiten la identificaci n CE El funcionamiento de este equipo solamente se autoriza bajo supervisi n t cnica en un entorno electromagn tico controlado de centro
2. Equipo Franck Hertz P H WE PHYWE Systeme GmbH 8 Co KG Robert Bosch Breite 10 D 37079 G ttingen Phone 49 0 551 604 0 Fax 49 0 551 604 107 C El aparato satisface a las normas generales correspondientes de la CE Modo de empleo 09105 99 AMA Fig 1 Estructura del experimento Franck Hertz con tubo de mercurio y horno 1 INDICACIONES DE SEGURIDAD a Antes de la puesta en servicio del equipo leer detenidamente las instrucciones de servicio As se proteger y evitar da os en el equipo Comprobar que la tensi n de alimentaci n indicada en la placa de identificaci n del equipo coincida con la de su red el ctrica Instalar el equipo de manera que el enchufe de alimentaci n o el del equipo queden accesibles No se deben cubrir las ranuras de ventilaci n del equipo El equipo solamente est previsto para su funcionamiento en recintos secos que no presenten riesgos de explosi n Utilizar el equipo nicamente para su finalidad prevista 09105 99 3207 2 FINALIDAD Y DESCRIPCI N El equipo Franck Hertz es un equipo con fines de demostraci n y pr cticas especialmente desarrollado para las necesidades de la formaci n en F sica de los institutos y universidades Sirve para suministrar tensi n y accionar el tubo de mercurio o de ne n conectado as como para medir la temperatura y la corriente an dica El desarrollo de la dependencia de la corriente an dica de la
3. no llega a alcanzar el valor te rico de la temperatura desviaci n aprox 2 C hasta que el LED rojo encima del pulsador 4 deje de destellar D Situar en Manual con el pulsador 3 Iniciar la medici n con el pulsador 5 09105 99 3207 Ensayo con el tubo de ne n En este caso no se necesita el calentamiento A Conectar los componentes conforme a lo descrito en 3 2 Encender el equipo con la ayuda del interruptor de alimentaci n B Ajustar los siguientes par metros con el pulsador 2 y el bot n giratorio 13 No se necesita la temperatura te rica Uy 7 5 0 5 V U1 O 99 9 V U2 8 1 VI U3 2 1 V C Situar en Manual con el pulsador 3 Iniciar la medici n con el pulsador 5 Una imagen t pica de las capas luminosas en el tubo de ne n se puede observar en la fig 3 Las capas luminosas visibles la longitud de onda es de aprox 640 nm y corresponde aproximadamente a 2 eV se producen cuando los tomos de ne n excitados por los impactos de los electrones vuelven de los estados 3 p aprox 19 eV al estado b sico pasando por los estados 3s aprox 17 eV Fig 3 Experimento Franck Hertz con tubo de ne n cinco capas luminosas t picas H WE 3 2 2 Realizaci n del ensayo con el osciloscopio Ensayo con el tubo de mercurio A Conectar los componentes conforme a lo descrito en 3 2 Encender el equipo a trav s del interruptor de alimentaci n B Aj
4. Absorci n de potencia con el horno Absorci n de potencia con el tubo de ne n 09105 99 3207 t picos para 25 C 5 40 C lt 80 0 C 999 C 1 C 0 50 nA 0 1 nA O 10V 10 V 100V m x 10 mA O 10V 10 V 50nA m x 10 mA 0 99 9 V 0 1 V 0 12V 0 1 V 0 6V 0 1 V 0 10V 0 1 V m x 400 mA parte trasera corresponde a la tensi n de la conexi n de alimentaci n ver abajo m x 600 VA hasta 115200 Baudios LED de 7 segmentos 20 mm 115 230 V 50 60 Hz aprox 625 VA aprox 40 VA Fusibles de red 5 mm x 20 mm identificaci n Masa carcasa mm 230 x 236 x 168 B H T Masa aprox 3 3 kg ver placa de 6 MATERIAL A Experimento Franck Hertz con tubo de mercurio sin PC Equipo Franck Hertz Tubo de mercurio Franck Hertz Horno Franck Hertz Elemento t rmico NiCr Ni 09105 99 09105 10 09105 93 09105 90 13615 01 13615 02 Cable de conexi n de 5 Pin 09105 30 para tubo de mercurio Cable BNC 75 cm 07542 11 B Experimento Franck Hertz con tubo de ne n sin PC Equipo Franck Hertz 09105 99 Tubo de ne n Franck Hertz 09105 40 sobre placa Cable de conexi n de 5 Pin 09105 50 para tubo de ne n Cable BNC 75 cm 07542 11 C Experimento Franck Hertz con PC Como A o B y adicionalmente Cable de datos RS 232 14602 05 Software de medici n Franck Hertz 14522 61 7 ELIMINACI N El embalaje est compuesto mayoritariamente por materiales ecol
5. para regular la temperatura Thom y las tensiones Up U1 U2 y U3 En la parte trasera del equipo base de enchufe con toma de tierra para el suministro de tensi n del horno Franck Hertz con regulaci n de temperatura para el tubo de mercurio H WE 3 2 Puesta en servicio Conectar el equipo con ayuda del cable de conexi n del aparato a la red de corriente alterna 115 230 V y encenderlo con el interruptor de alimentaci n situado en la parte trasera Conectar el tubo de mercurio o de ne n con el equipo a trav s de un cable de 5 polos y un cable BNC conexiones 9 y 11 1 Al conectar el tubo de mercurio de Franck Hertz comprobar que las descripciones del enchufe de 4 mm coincidan con las hembrillas en la placa ver fig 1 Conectar adicionalmente un sensor de temperatura 12 para el funcionamiento del tubo de mercurio Pasar la punta del sensor por la abertura en el horno Franck Hertz y posicionarla a la altura del c todo del tubo Adem s es necesario conectar el horno a la base con toma de tierra en la parte trasera del equipo mediante el cable de conexi n Comprobar que la tensi n de conexi n del horno coincida con la tensi n local de la red Girar el bot n giratorio situado en el lateral del horno al m ximo De esta forma se garantiza que el interruptor bim talico en el horno se active hasta con temperaturas muy elevadas y el horno se desconecte para no perturbar el proceso de regulaci n Para registrar
6. tensi n de aceleraci n conectada demuestra la emisi n discreta de energ a de los electrones libres al chocar con los tomos de mercurio o de ne n La energ a estimulante de estos tomos puede determinarse a partir de los espectros registrados Con la ayuda del ensayo de Franck Hertz conforme a James Franck y Gustav Hertz de 1913 14 se confirm experimentalmente el modelo de part culas independientes del tomo postulado por Bohr El equipo Franck Hertz debe alimentarse con una tensi n de servicio fija de 115 V 230 V tolerancia No se permite la conexi n a trav s de un transformador regulable El equipo genera a partir de esta tensi n de suministro la tensi n de aceleraci n U1 la contratensi n U2 la tensi n de control U3 s lo para el tubo de ne n y la tensi n de calentamiento Uy Ninguna de estas tensiones tiene peligro por contacto y se conectan a los tubos a trav s de un cable de 5 polos Los cables est n codificados por lo que el equipo detecta el tipo de tubo conectado y efect a las configuraciones b sicas Todas las magnitudes observables que se pueden ajustar o medir pueden visualizarse con ayuda de un display LED de tres d gitos La presentaci n y evaluaci n de los valores medidos pueden efectuarse manualmente con la ayuda de un osciloscopio un registrador xyt o a trav s de la interfaz RS 232 con la ayuda del software de medici n Franck Hertz H WE Control Unit Betriebsger t Franck H
7. ertz Dida OV 13 12 Fig 2 Elementos funcionales y de manejo del equipo Franck Hertz MANEJO Elementos funcionales y de manejo ver fig 2 Indicador digital de tres d gitos para la visualizaci n opcional de la temperatura T la corriente an dica l las tensiones Uy U1 U2 y U3 Pulsador Display para seleccionar la magnitud presentada en el indicador Pulsador Function para seleccionar las funciones rampa diente de sierra Pulsador Oven on off para activar el calentamiento del horno de mercurio Pulsador Start Stop para activar o finalizar la medici n Hembrilla D SUB de 9 polos RS 232 para conectar el equipo a una interfaz de serie de un ordenador Par de hembrillas de 4 mm U l4 salida anal gica Y tensi n proporcional a la corriente an dica Par de hembrillas de 4 mm U U1 salida anal gica X tensi n proporcional a la tensi n de aceleraci n U1 09105 99 3207 accionamiento manual o accionamiento PC 10 11 12 13 14 2 3 A ANE O Tens U l O e y i Oven OT OU O AM on off 4 5 6 Hembrilla DIN para el suministro de tensi n Uy U1 U2 y U3 del tubo conectado Conexi n a tierra GND Hembrilla BNC l4 entrada para la medici n de la corriente an dica Entrada de temperatura T casquillo para elemento t rmico al que se puede conectar un elemento t rmico NiCr Ni con clavija DIN tipo K Bot n giratorio
8. gicos que se deber n entregar a los centros locales para el reciclaje El Ayuntamiento informar sobre las posibilidades de eliminaci n del equipo obsoleto 8 INDICACI N SOBRE LA GARANT A Para el equipo suministrado a pa ses de la Uni n Europea concedemos una garant a de 24 meses y de 12 meses para todos los pa ses fuera de la UE La garant a no incluye el desgaste natural ni los defectos producidos por manejos incorrectos El fabricante nicamente podr ser considerado como responsable del funcionamiento y de las caracter sticas t cnicas de seguridad del equipo si la conservaci n reparaci n y las modificaciones son realizadas por l mismo o por centros expresamente autorizados por l H WE
9. l tubo de da os cuando fluyan corrientes demasiado altas En este caso la medici n podr repetirse en cualquier momento con el pulsador 5 i L j i i A n E m A e p E El 7 A O E ip mii o E R j f l i j Fig 4 Experimento Franck Hertz con tubo de mercurio Medici n de diente de sierra con osciloscopio 09105 99 3207 H WE 3 2 3 Realizaci n del ensayo con el registrador xyt Ensayo con el tubo de mercurio A Conectar los componentes conforme a lo descrito en 3 2 Encender el equipo a trav s del interruptor de alimentaci n B Ajustar los siguientes par metros con el pulsador 2 y el bot n giratorio 13 Temperatura te rica Thom 175 10 C Uy 6 3 0 5 VJ U1 O 60 VJ U2 2 0 0 5 V U3 no es necesario para el tubo de mercurio C Encender el horno con el pulsador 4 La temperatura te rica no llega a alcanzarse hasta que el LED rojo encima del pulsador 4 deje de destellar D Situar el pulsador 3 en rampa E Conectar la salida 7 a la entrada Y y la salida 8 a la entrada X de un registrador x2 58 66 Y Y2 22 92 nA Fig 5 Curva de mercurio de Franck Hertz 09105 99 3207 F Iniciar la medici n con el pulsador 5 En la funci n rampa la tensi n de aceleraci n de 0V a U1_m x es recorrida autom ticamente en 20 seg Una vez alcanzado el valor m ximo de la tensi n de aceleraci n el LED
10. nck Hertz 09105 99 3207 50 x1 Y1 60 21 81 Y 12 61 nA N 70 x2 91 51 Y Y2 38 70 nA 80 AX 69 70 Y AY 26 09 nA 90 H WE pred rrin ia a pigi Coniral IAR Erien Fig 7 Experimento completo de Franck Hertz con tubo de ne n y conexi n directa a PC 3 2 4 Realizaci n del ensayo con el ordenador Conectar el equipo al ordenador a trav s del cable RS 232 El software de medici n FHV permite el accionamiento del equipo el registro la presentaci n y la evaluaci n de todos los valores de medici n No se precisan equipos de medici n externos adicionales A Conectar los componentes conforme a lo descrito en 3 2 ver fig 7 Encender el equipo con el interruptor de alimentaci n Situar el pulsador 3 en PC B Iniciar el software de medici n y seleccionar el software de medici n Franck Hertz El programa detectar autom ticamente si est conectado un tubo de mercurio o de ne n Los par metros necesarios est n preconfigurados ver fig 8 Los par metros en la fig 8 son valores t picos con los que deber a ser posible recoger correctamente la curva de medici n Si la corriente Target es demasiado alta al encender la medici n con el equipo Franck Hertz ser interrumpida al cabo de 7 segundos para proteger el tubo de da os Para evitar el encendido del tubo modificar los par metros U2 U3 y Uy como sigue reducir la tensi n de calentamiento Uy reducir U3
11. s de investigaci n docencia y formaci n escuelas universidades institutos y laboratorios Esto significa que en un entorno de este tipo no se deben utilizar dispositivos de radio como p ej los tel fonos m viles en las inmediaciones directas Los diferentes cables conectados no deben medir m s de 2 m Las cargas electrost ticas y fen menos electromagn ticos similares alta frecuencia Burst descargas indirectas de rayos etc pueden afectar al equipo de manera que deje de funcionar dentro de los valores especificados Las siguientes medidas reducen o eliminan las influencias perturbadoras evitar moquetas procurar que exista una compensaci n de potenciales experimentar encima de una base conductora y conectada a tierra utilizar cables apantallados no utilizar emisoras de alta frecuencia radios tel fonos m viles en la inmediaciones directas Despu s de un fallo total realizar un 09105 99 3207 Reset accionando el interruptor de alimentaci n Este equipo corresponde a la clase A Grupo 1 de la norma EN 55011 y solamente debe utilizarse sin restricciones fuera de zonas residenciales Si a pesar de limitar el uso a los recintos espec ficos de una escuela u otro centro de formaci n se produjeran aver as electromagn ticas en el entorno residencial se podr exigir a su propietario que establezca las medidas apropiadas p ej apantallado mayor distancia funcionamiento breve y responsabilizarse de ello Al
12. ustar los siguientes par metros con el pulsador 2 y el bot n giratorio 13 Temperatura te rica Thom 175 10 C Uy 6 3 0 5V U1 O 60 VJ U2 2 0 0 5 V U3 no se necesita para el tubo de mercurio C Encender el horno con el pulsador 4 La temperatura te rica no llega a alcanzarse hasta que el LED rojo encima del pulsador 4 deje de destellar D Situar el pulsador 3 en diente de sierra Conectar las salidas 7 y 8 con el osciloscopio y seleccionar en el osciloscopio la funci n XY Iniciar la medici n con el pulsador 5 En la funci n diente de sierra las tensiones U1 y U2 configuradas se conectan con una frecuencia de 28 Hz al tubo de mercurio La imagen t pica de Franck Hertz que se produce as se puede observar en la fig 4 Ensayo con el tubo de ne n A Conectar los componentes conforme a lo descrito en 3 2 Encender el equipo a trav s del interruptor de alimentaci n B Ajustar los siguientes par metros con el pulsador 2 y el bot n giratorio 13 la temperatura te rica no se necesita Uy 7 5 0 5 V U1 O 99 9 VJ U2 8 1 VJ U3 3 1 V C Situar el pulsador 3 en diente de sierra Conectar las salidas 7 y 8 con el osciloscopio y seleccionar en el osciloscopio la funci n XY Iniciar la medici n con el pulsador 5 Es posible que la medici n diente de sierra se interrumpa autom ticamente al cabo de 7 segundos para proteger e
13. utilizar el horno Franck Hertz 09105 93 90 respetar las instrucciones de servicio de este equipo Atenci n el cambio de fusible solamente debe realizarse cuando est desconectado de la corriente quitar el enchufe de alimentaci n Tener en cuenta que los fusibles valores en la placa de identificaci n se asignan a los distintos portafusibles FU1 y FU2 En ning n caso se deben confundir El fusible defectuoso se podr retirar despu s de soltar la tapa del fusible ligero giro a la izquierda y sustituirlo por un fusible nuevo H WE 5 DATOS T CNICOS Rango de temperatura de servicio Humedad relativa del aire Entradas Temperatura T Hembrilla DIN NiCr Ni tipo K Rango de medici n Resoluci n Corriente el ctrica l4 Hembrilla BNC Rango de medici n Resoluci n Salidas Salida anal gica U U1 Par de hembrillas de 4 mm Tensi n de salida Corriente de salida Salida anal gica U lpA Par de hembrillas de 4 mm Tensi n de salida Corriente de salida Alimentaci n tubos Hembrilla DIN Tensi n U1 Resoluci n Tensi n U2 Resoluci n Tensi n U3 Resoluci n Tensi n Uy Resoluci n Corriente de salida Alimentaci n horno Enchufe con toma de tierra Tensi n Potencia de salida Salida de datos Hembrilla D SUB 9 RS 232C Indicador digital Tipo de indicaci n Altura de los signos Alimentaci n desde la red Clase de protecci n Tensi n de conexi n 6 10 Frecuencia de la red
14. verde encima del pulsador 5 destellar En la funci n manual habr a que seleccionar U1 mediante el pulsador 2 y modificarlo con el mando giratorio 13 de 0 V a U1_m x En esta funci n tambi n es posible variar los par metros incluso despu s de iniciar la medici n con el pulsador 5 AX 39 02 V AY 17 51 nA 40 45 50 55 V H WE Ensayo con el tubo de ne n A Conectar los componentes conforme a lo descrito en 3 2 Encender el equipo a trav s del interruptor de alimentaci n B Ajustar los siguientes par metros con el pulsador 2 y el bot n giratorio 13 la temperatura te rica no se necesita Uy 7 5 0 5 V U1 O 99 9 VJ U2 8 1 VJ U3 2 1 V D Situar el pulsador 3 en rampa E Conectar la salida 7 a la entrada Y y la salida 8 a la entrada X de un registrador F Iniciar la medici n con el pulsador 5 En la funci n rampa la tensi n de aceleraci n de 0V a U1_ m x es recorrida autom ticamente en 20 seg Una vez alcanzado el valor m ximo de la tensi n de aceleraci n el LED verde encima del pulsador 5 destellar En la funci n manual habr a que seleccionar U1 mediante el pulsador 2 y modificarlo con el mando giratorio 13 de O V a U1 m x En esta funci n tambi n es posible variar los par metros incluso despu s de iniciar la medici n con el pulsador 5 IA nA 50 45 40 15 O 10 20 30 40 Fig 6 Curva de ne n de Fra
15. y presentar los valores de medici n conectar las salidas 7 y 8 a un registrador xyt o a un osciloscopio Para la medici n a trav s de un ordenador conectar el equipo por medio de un cable RS 232 con la interfaz de serie si fuera necesario utilizar un adaptador USB RS 232 tipo 14602 10 3 2 1 Realizaci n manual del ensayo Los valores entre son valores t picos con los que deber a ser posible registrar una curva de medici n Si la corriente Target es demasiado elevada al encender la medici n ser interrumpida por el equipo Franck Hertz al cabo de 7 segundos para proteger el tubo de da os Con el fin de evitar el encendido del tubo modificar los par metros U2 U3 y Uy como sigue reducir la tensi n de calentamiento Uy reducir U3 Ensayo con el tubo de mercurio A Conectar los componentes conforme a lo descrito en 3 2 Encender el equipo a trav s del interruptor de alimentaci n En funci n del tubo conectado dentro del equipo se activan los valores predeterminados As por ejemplo la tensi n de calentamiento Uy est preconfigurada en 6 3 V y el rango de la tensi n de aceleraci n U1 en 60 V B Ajustar los siguientes par metros con el pulsador 2 y el bot n giratorio 13 Temperatura te rica Thom 175 10 C Uy 6 3 0 5 VJ U1 O 60 VJ U2 2 0 0 5 VJ U3 no se necesita para el tubo de mercurio C Encender el horno con el pulsador 4 La temperatura real Tao

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