Physique atomique et nucléaire
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1. P6 2 4 4 by LD DIDACTIC GmbH Leyboldstrasse 1 D 50354 Huerth www ld didactic com Phone 49 2233 604 0 Fax 49 2233 604 222 E mail info ld didactic de Technical alterations reserved Physique atomique et nucl aire Couche lectronique Exp rience de Franck Hertz Exp rience de Franck Hertz avec le n on Trac et 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 CASSY Lab 2 2013 06 07 CASSY Lab 2 by LD DIDACTIC GmbH Leyboldstrasse 1 D 50354 Huerth www ld didactic com Tel 49 2233 604 0 Fax 49 2233 604 222 E Mail info ld didactic de Technische nderungen vorbehalten 293 Exp rience de Franck et Hertz avec le n on 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 Cette exp rience est consacr e l tude de la perte d nergie d lectr2. leus 501 46 1 PC avec Windows XP Vista 7 8 Montage exp rimental voir sch ma Fixer le tube de Franck Hertz au n on dans le support avec socle et le brancher la douille tube de Franck Hertz de l alimentation pour tube de Franck Hertz l aide du c ble de raccordement R gler le s lecteur du mode de service sur RESET Connecter l entr e de tension A 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 CASSY Lab 2 by LD DIDACTIC GmbH Leyboldstrasse 1 D 50354 Huerth www ld didactic com Tel 49 2233 604 0 Fax 49 2233 604 222 E Mail info ld didactic de Technische nderungen vorbehalten 295 Proc dure exp rimentale Charger les param trages R gler la tension d aspiration U1 1 5 V et la tension inverse U3 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 40 s ensuite ramener le s lec teur du mode de service sur RESET 1 Optimisation de U1 Une tension d aspiration U1 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 la limite de puissance admi
3. ons libres par diffusion in lastique excitation collisionnelle sur des atomes de n on L excitation suscit e par le choc lectronique a lieu avec la plus grande pro babilit dans les dix tats 3p situ s entre 18 4 eV et 19 0 eV au dessus de l tat fondamental Les quatre tats 3s l g rement en dessous avec 16 6 eV 16 9 eV sont excit s avec une moins grande probabilit Le passage des tats 3p l tat fondamental avec mission de photons n est possible qu en passant par les tats 3s La lumi re mise cette occasion est dans le domaine du visible entre rouge et vert et peut donc s observer l il nu CASSY Lab 2 by LD DIDACTIC GmbH Leyboldstrasse 1 D 50354 Huerth www ld didactic com Tel 49 2233 604 0 Fax 49 2233 604 222 E Mail info ld didactic de Technische nderungen vorbehalten 294 Pour ce faire un tube en verre sous vide est rempli de gaz n on une pression d environ 10 hPa Le tube en verre comprend un syst me planaire de quatre lectrodes des lectrons s chappent de la cathode chaude et forment un nuage de charge d espace Ils sont aspir s par la tension U1 entre la cathode et la grille G1 puis acc l r s par la tension d acc l ration U2 vers la grille G2 Entre la grille G2 et l lectrode collectrice il y a une tension inverse U3 Seuls des lectrons avec une nergie cin tique suffisante arrivent l lectrode collectrice et apportent leur contribu tion au c
4. ourant du collecteur Dans l exp rience on augmente la tension d acc l ration U2 de 0 V 80 V pour une tension d aspiration U1 et une tension inverse U3 fixes puis on mesure le courant du collecteur IA Dans un premier temps il augmente un peu comme dans le cas d une t trode classique mais il atteint un maximum lorsque l nergie cin tique des lectrons suffit tout juste devant la grille G2 pour d livrer par collision l nergie requise pour l excitation d un atome de n on 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 U2 augmente les lectrons atteignent l nergie n cessaire l excita tion des atomes de n on toujours plus loin devant la grille G2 Apr s le choc ils sont r acc l r s et absorbent une deuxi me fois tellement d nergie du champ lectrique pour une tension d acc l ration suffisante qu ils peuvent exci ter un atome de n on Il s ensuit un deuxi me maximum et pour une tension U2 encore plus grande d autres maxima du courant du collecteur IA Mat riel requis 1 Sensor CASSY 524 010 ou 524 013 1 CASSY Lab 2 524 220 1 tube de Franck Hertz au n on 555 870 1 support avec socle et blindage 555 871 1 c ble de raccordement pour tube de FH au n on 555 872 1 alimentation pour tube de Franck Hertz 555 880 2 paires de c bles 100 cm rouges et b
5. ssible de l amplificateur de mesure est d j atteinte en dessous de U2 80 V et que la courbe de Franck Hertz est coup e en haut a r duire U1 jusqu ce que la pente de la courbe corresponde c Si la courbe de Franck Hertz monte trop faiblement donc si le courant du collecteur IA reste partout inf rieur 5 nA b augmenter U1 jusqu ce que la pente de la courbe corresponde c ventuellement optimiser le chauffage de la cathode conform ment au mode d emploi de l alimentation pour tube de Franck Hertz 2 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 de Franck Hertz ne sont pas tr s prononc s c augmenter tour tour d abord la tension inverse U3 puis la tension d aspiration U1 jusqu obtention de la forme de courbe repr sent e en e Si les minima de la courbe de Franck Hertz sont coup s la base d r duire tour tour d abord la tension inverse U3 et ensuite la tension d aspiration U1 jusqu obtention de la forme de courbe repr sent e en e Le tube de Franck Hertz au n on de l exemple d exp rience a t utilis avec les param tres U1 1 5 V et U3 7 9 V Exploitation On pr l ve l cartement de maxima qui se succ dent de la courbe trac e en
6. tra ant des lignes verticales vue d il Dans le pr sent exemple d exp rience on a en moyenne la valeur U2 18 2 V Cette valeur se rapproche nettement plus des nergies d excitation des niveaux 3p du n on 18 4 19 0 eV que de celles des niveaux 3s 16 6 16 9 eV C est donc avec une probabilit nettement moins grande que ces derni res sont excit es par un choc lec tronique in lastique La sous structure de la courbe mesur e montre que l excitation des niveaux 3s ne peut pas tre compl tement n gli g e On constate que pour les chocs doubles et multiples il survient toutes les combinaisons de l excitation d un niveau 3s et d un niveau 3p CASSY Lab 2 by LD DIDACTIC GmbH Leyboldstrasse 1 D 50354 Huerth www ld didactic com Tel 49 2233 604 0 Fax 49 2233 604 222 E Mail info ld didactic de Technische nderungen vorbehalten 296 Des couches luminescentes peuvent tre observ es en fonction de la tension d acc l ration dans le tube de Franck Hertz au n on Elles sont directement en corr lation avec les minima de la courbe de Franck Hertz
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