Франка-Герца опыт.
Представленный опыт служит, по мнению квантовой механики,
экспериментальным доказательством
дискретности внутренней энергии атома.
Определения.
Потенциал
ионизации, физическая величина, определяемая отношением наименьшей энергии,
необходимой для однократной ионизации (См. Ионизация) атома (или молекулы),
находящегося в основном состоянии, к заряду электрона. потенциал
ионизации — мера энергии ионизации, которая равна работе вырывания электрона из атома или молекулы и
характеризует прочность связи электрона в атоме или молекуле. И. п. принято
выражать в вольтах, численно он равен энергии ионизации в эв.
Энергия измеряется в джоулях,
Заряд электрона в кулонах.
Потенциал f=qE=qQ/ 4p e0 r2 =W/q 1вольт=1дж/1кулон
1 электронвольт=1,6
10-19дж
q=e=-1,6 10-19кулон, заряд электрона
есть некоторое
недоумение: 1 эВ/1к=-1вольт?
описание установки.
Основным элементом экспериментальной
установки (рис. 1) является трех-электродная лампа, заполненная газом,
например, парами ртути под давлением
Рис. 1.
Схема включения.
Чем схема отличается от диода. При
отсутствии анодного напряжения мы собственно диод и имеем. Роль анода выполняет
сетка. При фиксированной температуре накала вольт амперная характеристика имеет
вид ничем не отличающаяся от вольт амперной характеристики и вакуумного диода и
фотоэлемента.
Рис. 2. Фотоэлемент из опыта Леннарда.
Характеристика для двух разных интенсивностей облучения.
Рис. 3. Электровакуумный диод
Что имеем?
Собственно в начале имеем обычный диод, где в качестве анода выступает
сетка. Плюс 50 вольт на сетке не обеспечивает полного насыщения. Как только на
второй электрод поступает отрицательный потенциал, лампа превращается в двух
катодную. Один катод подогреваемый, второй – холодный. По идее второй катод при заданных напряжениях
от 0 до 6 вольт работать не должен, но это только по идее. Здесь не зря
сравниваются вольт амперные
характеристики при отсутствии напряжения диода с подогревом катода и
фотоэлемента, где катод холодный. Характеристики в принципе одинаковы и следуя
логике одинаков и механизм возникновения тока. Сам фотоэффект мы уже
рассмотрели (см. О классическом объяснении
явления фотоэффекта). http://fatyf.aiq.ru/Pfoto_effect.htm
И из этого явно видно, что носителями тока не могут являться электроны, это
излучение при малых интенсивностях в диапазоне видимого и ультрафиолетового
света. Но в данном случае внешнее облучение подменяется облучением от первого,
подогреваемого катода, точнее его частью, проходящей через сетку. Данное
излучение частью поглощается, а большей
частью отражается от второго катода и частично понижает на нем потенциал, после
чего отраженный поток тоже поглощается сеткой. Получается комбинация
фотоэлемента и обычного диода. Баллон заполнен проводящим газом испарившейся
ртути, а это несколько усложняет процесс, немного отличающегося от процесса в
обычном вакуумном диоде, где давление намного меньше. Следует отметить, что сетка расположена
гораздо ближе ко второму катоду в отличие от диода, чем к первому. Такова
конструкция именно в опыте. То есть преодоление промежутка второй катод-сетка
для излучения облегчено. Емкость перехода гораздо больше, чем у промежутка
первый катод – сетка.
В опыте после подачи на сетку
положительного потенциала начинали увеличивать отрицательный потенциал на
втором катоде (вроде как аноде). По правилам следует складывать эти два
потенциала. Франк и Герц обнаружили, что при достижении на втором катоде потенциала в 4,9 вольта
сеточный ток резко падал с увеличением напряжения, а потом более или менее
плавно возрастал. И так несколько раз, и каждый пик наступал при кратности
напряжения 4,9 вольт. Вольт-амперная характеристика
приведена на рис. 4.
Рис 4.
Причину крутых спадов величины тока
объяснить до сих пор не удалось.
А. Комптон, повторив (1922–23) данные опыты
обнаружил, что при V > 4,9 в пары Hg начинают испускать свет с частотой n =
Dельта E/h, где Dельта E = 4,9 эв (h – Планка постоянная). Т. о., возбужденные
электронным ударом атомы Hg испускают фотон с энергией 4,9 эв и возвращаются в
основное состояние. Причем он обнаружил
присутствие еще и видимого излучения голубоватого оттенка!!!! Но по ему одному
известной причине озвучил только ультрафиолетовую линию спектра.
Вроде объяснена причина потери энергии
излучением, но не пояснена причина резкого падения тока при малом увеличении
напряжения.
Таким образом, в основном было установлено,
что минимальная энергия, необходимая для возбуждения атомов ртути, составляет
4.9 эВ.
Но, само приведение напряжения на втором
катоде к потенциалу ионизации, да еще измеряемом в электронвольтах просто
неправомерно и об этом недоразумении уже говорилось.
Появление свечения начинается только при
суммарном напряжении в 54,9 вольта. И продолжается с увеличением напряжения до
некоторого следующего экстремума. Какой из этого следует вывод?
Резкое падения тока может означать лишь
одно, вблизи порогового напряжения набирается энергия необходимая для излучения
и основной сброс атомами лишней энергии происходит именно излучением. В общем,
происходит аккумуляция. Если бы не было дополнительного электрода, то
происходило бы насыщение и непрерывный сброс энергии излучением, но наличие
дополнительной энергии приводит к перенасыщенности пространства высоко
энергичными атомами. Фактически это импульс светового излучения. Незначительное
увеличение напряжения на втором катоде в момент сброса энергии излучением не
вносит в процесс заметного вклада, поскольку излучение от катода идет в эту же
копилку. То есть пока атом не восстановит проводимость до начального уровня,
увеличения тока не происходит. Вывод? атом непрерывно меняет спектр поглощения
в зависимости от тока и напряжения. Франк и Герц, к сожалению, не снимали
временных характеристик процесса, а Комптон не исследовал интенсивности
излучения ни в статике, ни в динамике
Что интересно, каждый следующий цикл
характеризуется ростом максимума и минимума значения тока. А это некое подобие
гистерезиса.
Если коротко, потенциал ионизации это
минимальная разница потенциала, когда газ в межкатодном пространстве начинает
излучать видимый свет. Просто и со вкусом. Типичная люминесценция и собственно
никакого особого квантования снаружи нет.
Квантование это чисто искусственный прием.
На самом деле, при аккумуляции происходит накопление поглощением непрерывного
поступления энергии излучения, смена состояния(спектра) и если позволяет среда
(ее проводимость, опять спектр) то есть атом сам квантует, а не его квантуют и
сбрасывает накопленную энергию, но не до конца, что и объясняет постепенный
рост графика по току. БОЛЬШАЯ
РАЗНИЦА!!!!!!
Эту энергия, деленную на заряд электрона,
назвали потенциалом возбуждения. Падения тока при напряжениях, кратных 4.9 В,
означает, что якобы электроны, потерявшие энергию в первом неупругом
соударении, снова набирают 4.9 эВ по пути к аноду и происходит второе (третье)
неупругое соударение.
Но ведь именно на основе данного опыта
экспериментально определяются потенциалы ионизации практически для всех
элементов. И они равны работе выхода электрона. То есть на этой базе построена
и теория Эйнштейна.
Если давление паров в приборе снизить
(первоначально было ~
Характеристики атомов некоторых элементов I
группы. натрий
Na цезий
Cs медь
Cu калий
K ртуть
Hg водород
H
энергия
возбуждения
1-го уровня, эВ 2.1 1.39 3.8 1.6 4.9 10.2
энергия
ионизации, эВ 5.1 3.9 7.7 4.3 10.4 13.6
Точнее сам опыт проделан в угоду этой
теории. И плевать, что давление в лампе не учитывается вместе с концентрацией.
Главное взлеты и падения величины тока зарегистрированы и энергия строго
дискретна.
А вот как Комптон в 1923 году определил частоту излучения
при U>4,9 в
n=DE/h?
где DE=4,9 электронвольт. –
энергия электрона.
Работа равна энергии. Yes!!!!!! Согласны.
То есть ВОЛЬТ и есть энергия!!!
Тем
самым волюнтаристски он примирил понятие электрического заряда и энергии. Но в
электродинамике так и осталось: работа
по перемещению электрона.
Итак, энергия:
Е=А=q(f1-f2) и тогда частота n = q(f1-f2)/h = E/h
h-постоянная Планка.
Тут специально подставили и работу как
эквивалент энергии, чтобы пояснить ералаш, если не бардак в теории.
Совершенно непонятно как масса связана с
зарядом. Чисто из любопытства Е=mc2
Но,
В результате подставим,
h=6,626176 10-34 Дж сек
1 эв =1,6021892
10-19 дж
n =4,9 эв/ 6,626176
10-34 Дж с = 1,1839819004524886877828054298643 10-15 сек-1
Попали в область ультрафиолетового
излучения.
Вот они откуда ноги растут, и частота света
взялась. Раз не померить, надо просто по изобретенной формулке рассчитать и
голословно заявить вот он свет то, и частота евоная. Причем свет то есть, но по
Комптону он невидимый. Голубоватое свечение ртутной лампы куда то исчезло.
Засранец - Комптон. Одно слово.
q=hn/
DE
= как ни странно, но строго по науке.
Считаем заряд электрона.
=q=6,626176
10-34 Дж с * 1,1839819004524886877828054298643
10-15 сек-1
4,9 * эВ
=1,6010734650771428571428571428571 10-19 Дж/Эв
Получили только чисто численно заряд
электрона совершенно случайно ли???
Метаморфоза? если не учитывать единицы измерения - джоуль/электронвольт и нам
еще раз надо поделить результат на 1,6010734650771428571428571428571 10-19 Дж.
Так как электронвольт не безразмерен и измеряется в джоулях.
q=1 эв-1 =
1/1,6010734650771428571428571428571
10-19 Дж
это и есть заряд электрона????? А где
кулон, куда пропала классическая единица измерения? Заряд и в джоулях…
Как
там с квантовостью и элементарностью!!!!!!!
Элементарно,
Ватсон! Дедуктивный метод и его
приложение к физике…, пока Лестрейд с его Скотланд-ярдом кушал овсянку, ваш
покорный слуга сбегал за учебником арифметики. Оказалось, что собаке
Баскервилей давно уже пора бы сдохнуть к чертовой матери. Ха Ха Ха Ха…
та-та-та, тада-тада----тааам.
Дальше совсем просто просчитать массу покоя
фотона излучаемого электроном при такой вот арифметике. Тем более частоту его
уже знаем. С учетом того, что фотон все-таки имеет массу. Обойдемся без
релятивистского импульса.
Энергия фотона
E=mc2= hn
m= hn/ c2 дж/ сек 2, что это?!!!! Градиент мощности или
масса - килограмммммм?
Постоянная Планка
h=6.626176
10-34 Дж с
Волюнтаристски, аж
минус 39 степень килограмма.
Стоит ли утверждать что импульс фотона -
p = hν / c
Масса покоя
электрона 9.109534 10-
Конечно, квантовой физике этот способ вычисления
эффективной массы фотона давно известен, да что в нем проку? Только жить
мешает.
Обратимся к эффекту Комптона, где рассчитана
длина волны комптоновского рассеянного излучения:
комптоновская длина волны
Где m - масса покоя
электрона испустившего фотон
Посчитаем кА массу электрона для проверки.
m=h/lc =6,626176 10-34 Дж с /
2,99792458 108 м/с * 2,426 -3
нм = 9,1 10 -30 Дж/метр
здесь мы получили
массу в джоулях/метр и хоть цифры совпадают, ошибка на порядок. Но цена вопроса
уже не в порядках, а в джоулях и метрах в знаменателе. На самом деле то мы
получили линейную плотность энергии (или массы), из которой просто килограммы
никак не получаются, если не свободно манипулировать размерностью.
Но даже чисто по
логике, попробуйте килограммовый кирпич положить на метр, штук пять влезет, ну
так и бегайте с такой линейкой!!!!
Это эффекты квантового подхода, и таких
примеров море. Например, в современных справочниках есть даже формулы перехода
от единицы измерения массы в килограммах к измерению массы в единицах длины -
метрах.
И все с рук
сходит.
Так что Шерлок Холмс останется довольным. Преступление раскрыто…
Свободное манипулирование размерностью(единицами измерения), раз. Отсутствие
критического отношения, два. Несостоятельность квантового подхода, три. Полное
отсутствие здравого смысла, четыре. Непомерная некомпетентность и в математике
и в физике, пять! И главное, что-то не так в самой теории статического
электричества с ее понятием заряда, который даже по жизни хочется превратить в
разницу потенциалов чисто интуитивно.
На самом деле такая флуктуация объясняется достаточно просто.
Достаточно взглянуть на тетрод в режиме усиления и немножко почитать из
электротехники. Конденсаторы вчистую
(эффект под названием Аккумуляция) и сопротивление постоянному току. И никакой
квантовости не наблюдается, если ввести еще один электрод – получим пентод. Простое инженерное
решение проблемы.
А теперь просто для хохмы, представим потенциалы ионизации для ртути
взятые из справочника:
1ый потенциал ионизации: 10,434 В
2ой потенциал ионизации: 18,759 В
3ий потенциал ионизации: 34,202 В
Цифры и рядом не стоят.
Кратности и в упор не видно.
предварительно 23.12.2007
Недавно 15.02.2012 на глаза попалась работа: Новое понимание опыта Франка и Герца
Руднев А.Д.
http://katastrofy-phisics.narod.ru/frankigerz.html (http://realphis.narod.ru/index.html)
Все что касается
критики определений, совершенно согласен с автором. И добавлю, что силу тока,
как характеристику движения невозможно представить неким статичным зарядом, не
имеющим скорости, и в то же время двигающимся за время через какое-то сечение
проводника имеющего нулевую толщину. То есть абстракцию. Чтоб там не говорили о
размерах электрона, его массе и поверхностной плотности заряда на сечении, и не
только поверхностной и не только на сечении.
Сама формула I=Q/t никакого
движения не описывает и не может
считаться СИЛОЙ, в Ньютоновском понимании.
И тем не менее ньютоновская сила есть, и имеются опыты, в которых она
обнаруживается. (электросварка и притяжение электрода вплоть до залипания, с
ускорением; электростатический (статический ли) маятник; множество опытов из
монографии: Г.В. Николаев «СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА И ПРИЧИНЫ ЕЕ
ПАРАДОКСАЛЬНОСТИ ПЕРСПЕКТИВЫ ПОСТРОЕНИЯ НЕПРОТИВОРЕЧИВОЙ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
ТЕОРИИ, ЭКСПЕРИМЕНТЫ, ПАРАДОКСЫ. «Издание второе, дополненное. ИНТЛ.Томск
2003»)
То есть
отталкиваться необходимо не от абстрактного понятия заряда, а от измеряемой
прибором разницы потенциалов, то есть напряжения и сопротивления среды
прохождению тока, закона Ома. Этот закон в некоторой степени является аналогом
третьего закона Ньютона.
А опыты в свою очередь доказывают, что ток оказывает
силовое действие на все без исключения среды. И заставляет двигаться под
действием силы не только отдельные атомы
и молекулы, но и тела в целом.
А кулонметра и до сей поры никто не придумал,
даже «гениальный» Эйнштейн не сумел, попробовал было, да бросил.
Все соображения
по поводу «элементарности» электрона, его магических свойств, электростатики в целом как морально
устаревшей теории – основы электродинамики,
изложены в работах:
http://fatyf.aiq.ru/ELECTRON.htm об элементарном заряде
http://fatyf.aiq.ru/ELECTRON-crizis.htm и что делать? если его нет
http://fatyf.aiq.ru/electrostatics.htm электростатика без поля
далее основываясь на новых положениях надо отметить:
Цитата: « Исследования, проводимые в РАЕН с участием автора [3],
показали, что свободные электроны содержатся во всех средах: в твердых, жидких
и газообразных . Объемная плотность электрических зарядов оказалась очень
высокой. Она тем выше, чем больше объемная плотность среды. А вот скорость
движения электронов оказалась обратно пропорциональной плотности проводящей
среды. В частности, в металлах она составляет единицы метров в секунду.»
Самой работы (3. Живлюк Ю.Н.,
Руднев А.Д., Лаптев В.Ф. Описание и результаты эксперимента по регистрации
зарядовой структуры пространства и измерению гравитационных констант Земли. М.,
2001. ) отыскать к сожалению не удалось
даже на личном сайте А.Д. Руднева.
Вывод даже и не читая статью напрашивается вполне очевидный, нет в
природе нейтральных тел, и сред. То есть
между телами и средами всегда существует различие и выражается оно
электрическим взаимодействием в виде минимума для заданной общей среды, земной
атмосферой - контактной разницы потенциалов на границе соприкосновения. А это в
свою очередь означает, что энергия для такого взаимодействия из неоткуда не
поступает и не может содержаться в самих атомах бесконечно долго, а поступает
из среды или других тел.
Скорость движения, ни
что иное, как проводимость среды, а значит прямо пропорциональна!!!! ее плотности.
и чем плотнее среда тем она выше!
Точно такая же закономерность, эффект имеется в акустике! И подтверждено
графиками электро и теплопроводности в работе http://fatyf.aiq.ru/density.htm плотность элементов и
таблица Менделеева.
то есть выводы автора
статьи скоропалительны и основаны на неверных посылках. В частности скорость
прохождения тока в металлах варьируется в широких пределах и явно выше
декларируемой скорости «электронов» на порядки.
А широко рекламируемая скорость тока, объясняемая давлением «электронного
газа» под действием электрического поля и равная скорости света не более чем
досужая выдумка.
На достаточно длинном
проводе напряжение появляется моментально, а ток нарастает медленно? Так вольтметр не такой же длинный как
провод!!!! Ток в нем проходит на порядки меньшее расстояние и это при том, что
сопротивление намного больше сопротивления самого провода. А вольтметр это тот
же самый амперметр по принципу действия.
Одного этого достаточно, чтобы покончить с демагогией от электростатики.
Далее автор подмечает
еще и невязки с механизмом ионизации, логическим путем ставит крест на срыве
«электрона»,
С моей стороны в
работе http://fatyf.aiq.ru/Vilson-camera.htm тоже достаточно подробно освещены
проблемы ионизации и невозможность подобного срыва. Но потом автор, отметив все
несуразности, все-таки останавливается на «свободных электронах», как будто это
не срыв электронов с того самого насиженного места, что превращает все его предыдущие и
последующие выводы в пустое размахивание руками, хотя по сути они отчасти
и верны.
Что интересно, все
потенциалы ионизации подогнаны под
количество электронов у атомов, не
больше не меньше.
Спрашивается, если
полностью ионизирован атом, все электроны улетели, что там будет светиться?
И что такое плазма?
С излучением света и его спектром в рамках
опыта больше никто не занимался.
Фатьянов А.В. Спб. 15.02.2012
