Physique atomique et nucléaire
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1. CASSY Lab 2 2013 06 07 Physique atomique et nucl aire Exp rience de Franck Heriz Couche lectronique avec le mercure Trac et Exp rience de Franck Hertz valuation avec CASSY Description tir e de CASSY Lab 2 Pour charger des exemples et des param trages merci de bien vouloir utiliser l aide de CASSY Lab 2 by LD DIDACTIC GmbH Leyboldstrasse 1 D 50354 Huerth www ld didactic com LD Lo oinacric Phone 49 2233 604 0 Fax 49 2233 604 222 E mail info ld didactic de Technical alterations reserved CASSY Lab 2 Exp rience de Franck et Hertz avec le mercure Convient aussi pour Pocket CASSY Description de l exp rience En 1914 James Franck et Gustav Hertz ont fait un compte rendu sur la perte d nergie progressive suscit e au pas sage des lectrons dans de la vapeur de mercure et sur l mission de la raie ultraviolette 254 nm du mercure qui lui est subordonn e Quelques mois plus tard Niels Bohr a reconnu dans cette tude une preuve pour le mod le atomique d velopp par lui m me L exp rience de Franck et Hertz est donc une exp rience classique pour la v rifi cation de la th orie des quanta Dans l exp rience on augmente la tension d acc l ration U gt de 0 V 30 V pour une tension d aspiration U4 fixe et une tension inverse U3 puis on mesure le courant du collecteur la Dans un premier temps il augmente un peu comme dans le cas d une t trode classique mais il atteint2. la tension inverse U3 puis la tension d aspiration U4 jusqu obtention de la forme de courbe repr sent e en f Le tube de Franck Hertz au mercure de l exemple d exp rience a t utilis avec les param tres U4 2 58 V U3 1 95 V et 2s 180 C Exploitation On pr l ve l cartement de maxima qui se succ dent de la courbe trac e en tra ant des lignes verticales ou des valeurs principales des pics Dans le pr sent exemple d exp rience on a en moyenne la valeur U2 5 07 V ce qui correspond un transfert d nergie AE 5 07 eV La valeur litt raire pour l nergie de transition des atomes de mercure de l tat fondamental 1S0 au premier tat 3P1 est Ehg 4 9 eV La position du premier maximum est d termin e par le potentiel de contact des mat riaux des lectrodes utilis s et la tension d aspiration U4 Le plus grand cartement des maxima du premier ordre est d la superposition de la courbe de Franck Hertz avec la caract ristique du tube by LD DIDACTIC GmbH Leyboldstrasse 1 D 50354 Huerth www ld didactic com Lo pipacric Tel 49 2233 604 0 Fax 49 2233 604 222 E Mail info ld didactic de Technische nderungen vorbehalten 292
3. ndows XP Vista 7 8 Montage exp rimental voir sch ma e Laisser l alimentation hors service e Brancher le four au dos de l alimentation par le biais des douilles de s curit de 4 mm Veiller notamment ce que la fiche jaune verte soit connect e la douille de s curit jaune verte mise la terre e Egalement raccorder le fil de cuivre du tube en cuivre avec fiche de 4 mm la douille de s curit jaune verte blindage du tube de Franck Hertz contre les champs perturbateurs e Brancher la sonde de temp rature la douille DIN NiCr Ni et le tube de Franck Hertz la douille DIN Tube de Franck Hertz de l alimentation e introduire la sonde de temp rature dans le per age du four pr vu cet effet jusqu au fond du trou borgne du tube en cuivre puis placer le tube de Franck Hertz avec le tube en cuivre dans le four Remarque en cas de mauvais contact thermique de la sonde de temp rature la temp rature du four mesur e sera trop faible et le tube trop chauff e R gler le s lecteur du mode de service sur RESET et mettre l alimentation en marche au bout de quelques se condes le t moin lumineux LED pour le mercure passe du vert au rouge e V rifier le pr r glage s 180 et attendre que la temp rature de service soit atteinte le t moin lumineux passe du rouge au vert la temp rature 3 atteint d abord un maximum et baisse ensuite jusqu la valeur finale Si l affichage clignote e Corrige
4. ndre quelques minutes jusqu l tablissement du nouvel quilibre thermique 2 Optimisation de U4 Une tension d aspiration U4 plus lev e se traduit par un plus grand courant d mission des lectrons Si la courbe de Franck Hertz monte en pente trop raide donc si d j en dessous de U 30 V la puissance limite admissible de l amplificateur de mesure du courant est atteinte et que la courbe de Franck Hertz est coup e en haut b e r duire U jusqu ce que la pente de la courbe corresponde d Si la courbe de Franck Hertz est trop aplatie et donc que le courant du collecteur la reste partout inf rieur 5 nA c e augmenter U jusqu ce que la pente de la courbe corresponde d Si la courbe de Franck Hertz reste trop aplatie malgr l augmentation de U4 e r duire la valeur de consigne s pour la temp rature du four l aide du potentiom tre fente tournevis 3 Optimisation de U3 Plus la tension inverse U3 est lev e plus les maxima et minima de la courbe de Franck Hertz sont prononc s le courant du collecteur tant dans l ensemble simultan ment r duit Si les maxima et minima de la courbe Franck Hertz ne sont pas tr s prononc s d e augmenter tour tour d abord la tension inverse U3 puis la tension d aspiration U4 jusqu obtention de la forme de courbe repr sent e en f Si les minima de la courbe de Franck Hertz sont coup s la base e e r duire tour tour d abord
5. r l erreur de montage relative la mesure de la temp rature voir mode d emploi e Connecter l entr e de tension du Sensor CASSY la sortie Ua pour la tension proportionnelle au courant du collecteur et l entr e de tension B du Sensor CASSY la sortie U2 10 pour la tension d acc l ration Proc dure exp rimentale E Charger les param trages e R gler la tension d aspiration U 1 5 V et la tension inverse U3 1 5 V puis tracer la courbe de Franck Hertz dans le mode de service Rampe Pour ce faire lancer la mesure avec et imm diatement r gler le s lecteur du mode de service sur Rampe La mesure s arr te automatiquement au bout de 15 s ensuite ramener le s lecteur du mode de service sur RESET a d b c f 1 Optimisation de Si la courbe de Franck Hertz augmente brusquement a et que l on observe travers le trou du four une d charge de gaz l aspect d une luminescence bleue dans le tube de Franck Hertz e imm diatement r gler le s lecteur du mode de service sur RESET et attendre que la temp rature de service soit atteinte by LD DIDACTIC GmbH Leyboldstrasse 1 D 50354 Huerth www ld didactic com Lo pipactic Tel 49 2233 604 0 Fax 49 2233 604 222 E Mail info ld didactic de Technische nderungen vorbehalten 291 CASSY Lab 2 e ventuellement augmenter la valeur de consigne s l aide du potentiom tre fente tournevis par ex de 5 C puis atte
6. un maximum lorsque l nergie cin tique des lectrons suffit tout juste devant la grille G pour d livrer par collision l nergie requise pour l excitation d un atome de mercure EH 4 9 eV Le courant du collecteur baisse nettement tant donn que les lectrons ne peuvent plus surmonter la tension inverse U3 apr s le choc Au fur et mesure que la tension d acc l ration U gt augmente les lectrons atteignent l nergie n cessaire l excita tion des atomes de mercure toujours plus loin devant la grille G2 Apr s le choc ils sont r acc l r s et absorbent nouveau tellement d nergie du champ lectrique pour une tension d acc l ration suffisante qu ils peuvent exciter un atome de mercure Il s ensuit un deuxi me maximum et pour une tension U encore plus grande d autres maxima du courant du collecteur la Mat riel requis 1 Sensor CASSY 524 010 ou 524 013 by LD DIDACTIC GmbH Leyboldstrasse 1 D 50354 Huerth www ld didactic com LD Lo pipacric Tel 49 2233 604 0 Fax 49 2233 604 222 E Mail info ld didactic de Technische nderungen vorbehalten 290 CASSY Lab 2 1 CASSY Lab 2 524 220 1 tube de Franck Hertz au mercure 555 854 douille de raccordement pour le tube de 555 864 Franck Hertz au mercure 1 four lectrique 230 V 555 81 1 alimentation pour tube de Franck Hertz 555 880 1 sonde de temp rature NiCr Ni 666 193 2 paires de c bles 100 cm rouges et bleus 501 46 1 PC avec Wi
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