Frank-Hertz.doc

7/23/2019 Frank-Hertz.doc

1/13

LICENCIATURA EM FSICA

Frank-Hertz

Laboratrio de Fi!a Moderna

Profa. Dra. Dayse Iara dos SantosBauru, 26/03/2011

"i!ente# Andr Luiz da Costa23023 An!"i#a Casti"$o Paes23201

%os &i#ente A"'es (ei)eira %unior23*1 +e!iane Aare#ida Pineiz22-1


2/13

1. ObjetivoDemonstrar a quantizao de energia de um tomo.

2. Introduo

No incio do sculo XX, a fsica passava por importantes avanos. A sociedade

cientfica procurava compreender a composio e propriedades do tomo, uma das menores

divises da matria. !ntre "#"$ e "#"%, &o'r prope seu modelo at(mico )aseado na

quantizao de *r)itas para o eltron. !ste modelo foi muito )em aceito, pois conseguiae+plicar os fen(menos de a)soro e emisso de f*tons por um tomo. A figura " apresenta

uma imagem do modelo de &o'r para o tomo.

Figura 1 -odelo at(mico de &o'r.

No ano de "#", os cientistas /ames 0ran1 e 2ustav 3ertz, realizaram um e+perimentoque comprovava algumas das idealizaes de &o'r para o tomo, mostrando que os sistemas

at(micos se encontram em estados estacionrios com nveis de energia discretos. Deve ser

ressaltado que a conduo deste e+perimento foi realizada de forma independente das idias

de &o'r, e que o o)4etivo principal era estudar a relao entre o raio at(mico e o potencial de

ionizao. 5or causa dessa contri)uio, aca)aram sendo laureados com o pr6mio No)el de

fsica em "#$7 8$9.

A figura $ apresenta um esquema do e+perimento utilizado.

UNESP

U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L P AU L I S T A


3/13

Figura 2: !squema do e+perimento de 0ran1:3ertz.8%9

No aparel'o, o ctodo era aquecido e emitia eltrons no tu)o contendo gs de

merc;rio.


4/13

grfico. @om a continuidade do aumento do potencial, a corrente de eltrons novamente

volta a crescer, pois os eltrons que perderam a energia com os tomos adquirem novamente

energia cintica. uando o potencial acelerador atinge um m;ltiplo inteiro do potencial de

queda da corrente no grfico, a corrente cai novamente, indicando que os eltrons colidem

novamente inelasticamente com os tomos. !ste fen(meno se repete novamente com o

aumento do potencial 8%9.

A concluso do e+perimento mostra que os eltrons ligados ao tomo no tu)o apenas

podero ser e+citados com determinadas quantidades de energia, transferindo:se para outros

nveis de energia. Apenas quando os eltrons acelerado no tu)o conter esta quantidade de

energia que poder transferir toda sua energia em uma coliso inelstica.

3. Materiais Utilizados

0orno com termostato, )ase de proteo e tu)o 0ran1:3ertz de merc;rio.

Bermopar e term(metro digital.

0onte D@CA@ 5'Ee para e+perimento de 0ran1:3ertz.

Amplificador D@ 5'Ee.

@ai+a de cone+es para e+perimento 0ran1:3ertz.

Fnidade de aquisio de dados @


5/13

a4ustado o termostato na posio 7, fazendo com que este forno ten'a uma temperatura de

apro+imadamente "LM @. A figura traz um diagrama esquemtico das ligaes eltricas

do e+perimento.

Figura 4 Diagrama esquemtico do e+perimento 8%9.

A tenso foi medida na entrada ANAOnodo e o coletor. A fonte foi a4ustada em "$ = para o)termos tenses entre M,7 e ",7 =. metros de tenso de acelerao e tenso de

frenagem, utilizados em cada medida.

(abela 1 ) =alores de tenso de acelerao e tenso de frenagem

(e#eratura(enso de

acelerao

(enso de

*renage"7 P@ M," = M,QMM ="R7 P@ M," = M,QMM ="L7 P@ M," = M,LMM =

A partir dos dados gravados no disquete, plotou:se um grfico ? + FApara

cada medida. S importante salientar que a coluna referente aos valores de FAtiveram

de ser multiplicadas por um fator $, uma vez que os valores coletados da tenso de

frenagem eram, na realidade, FAC$.

+r,*ico 1 ? + FA, temperatura de "7P@

UNESP



7/13

0 5 10 15 20 25 30 35-1

0

1

2

3

4

5

6

7

Corrente(A)

Tenso (V)

IxUA

, temperatura de 145C

1

2

3

+r,*ico 2 ? + FA, temperatura de "R7P@

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0

1

2

3

4

5

C

orrente(A)

Tenso (V)

I x UA

! temperatura de 165C

1

2

3

4

+r,*ico 3 ? + FA, temperatura de "L7P@

UNESP



8/13

0 5 10 15 20 25 30 35 40-1

0

1

2

3

4

5

6

7

Corrente(A)

Tenso (V)

IxUA

,temperatura de 185C

Atravs dos grficos ", $ e %, o)teve:se valores de tenso referentes aos picos de

corrente representados na Ba)ela $.

(abela 2 ) =alores de tenso de pico para cada medida

(e#eratura Pico 1 -/ Pico 2 -/ Pico 3 -/ Pico 4 -/

"7 P@ "L,$R $%,$# $L,$"R7 P@ "L,"% $%,$ $L,LM %%,QM

"L7 P@ $L,M %,"

A Ba)ela % mostra a diferena entre as tenses de pico. @omparando:se medidas

efetuadas para cada temperatura, o)serva:se que elas oscilam em torno de um valor

razoavelmente constante. @omo se pode perce)er ' um deslocamento dos picos em funo

da temperatura.

(abela 3 0 =alores diferena entre as tenses de pico para cada medida.

Bemperatura =-":$ =-$:% =-%:"7 P@ 7,M% 7,"%"R7 P@ 7,"" 7,7R ,#M"L7 P@ R,"M

UNESP



9/13

Bendo:se os valores de tenso referentes aos m+imos de corrente IVMJ, foram

plotados os grficos de VMem funo do n;mero dos m+imos.

+r,*ico 4: Benso nos m+imos + N;mero dos m+imos, temperatura de "7 P@

1 2 3

1"

20

22

24

26

2"

30

Tensonos#$%

os(V)

N'#ero (os #$%os

Tenso nos #$%os xN'#ero (os #$%os

Reresso L&ne*r

Te#+er*t,r* (e 145 C

!quao da retaT =-UAV&WInP de ma+J

(abela 4 Gegresso linear para BU"7P @

5ar>metro =alor !rroA "%,"R%%% M,MR$%R& 7,ML M,M$LLQ

UNESP



10/13

.+r,*ico $: Benso nos m+imos + N;mero dos m+imos, temperatura de "R7 P@

1 2 3 4

1"

20

22

24

26

2"

30

32

34

Te

nsonos#$%os(V)

N'#ero (os #$%os

Tenso nos #$%os % N'#ero (os #$%osRe)resso L&ne*r

Te#+er*t,r* (e 165 C


(abela $ Gegresso linear para BU"R7P @

5ar>metro =alor !rroA "$,# M,$%%$#& 7,$% M,M#Q$"

UNESP "MU N I V E R S I D A D E E S T A D U A L P AU L I S T A


11/13

.+r,*ico : Benso nos m+imos + N;mero dos m+imos, temperatura de "L7 P@

1 2

2"

2.

30

31

32

33

34

35

Te

nsonos#$%os(V)

N'#ero (os #$%os

Tenso nos #$%os % N'#ero (os #$%os

Re)resso L&ne*r

Te#+er*t,r* (e 1"5C


(abela Gegresso linear para BU"L7P @

5ar>metro =alor !rroA $",#& R,"M

UNESP ""U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L P AU L I S T A


12/13

Bemos que o coeficiente angular das retas o)tidas devem ser dados por:

ma+JPI den

VBtg M

==

5ara "ma+JPI = den temos que BVM = , ou se4a, a variao mdia de =Mde

pico para pico igual ao coeficiente angular das retas o)tidas. Deste modo temos:

(abela 0 !spaamento mdio entre =-.

(e#eratura Pico

"7 P@ 7,ML"R7 P@ 7,$%"L7 P@ R,"M

@omparando:se os valores o)tidos da variao mdia de VM com o diagrama de

energia simplificado do tomo de merc;rio pode:se perce)er que, para cada temperatura, a

e+citao a um determinado nvel e+citado de energia torna:se mais evidente.

5ara BU"7P @ o)serva:se um intervalo mdio de 7,ML e= entre as tenses de pico,

comparvel a energia necessria K e+citao para %5" I,L# e=J para BU"R7P@ o)serva:se um

intervalo mdio de apro+imadamente 7,$% e= comparvel com a e+citao de %5$ I7,R e=J

para BU"L7P@ o)serva:se um intervalo de apro+imadamente R,"M e= comparvel K e+citaode "5" IR,QM e=J.

< deslocamento dos picos em funo da temperatura, comentado anteriormente,

pode dever:se K variao do livre camin'o mdio do eltron, uma vez que, com o aumento

da temperatura, o n;mero de colises que o eltron sofre no seu percurso tam)m aumenta,

tornando:se mais difcil a sua c'egada ao >nodo. Bal argumento relevante, pois perce)e:se

que quanto maior a temperatura na qual se fez a medida, maior o potencial para o qual o

primeiro pico se torna evidente.

. onclus'es

. %e*erncias 5ibliogr,*icas

8"9 !is)erg, G. Gesnic1, G. Y0sica u>nticaZ, !ditora @ampus, "#Q#.

8$9Apostila de Laboratrio de Estrutura da Matria e Fsica Moderna.Fnesp, &auru.$MM.

UNESP "$U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L P AU L I S T A


13/13

8%9 'ttpTCCEEE.ufv.)rCdpfC%$MC0ranc1:3ertz.pdf

UNESP "%U N I V E R S I D A D E E S T A D U A L P AU L I S T A

Frank-Hertz.doc

Documents

Transcript of Frank-Hertz.doc