欢迎进入北京恒奥德仪器仪表有限公司网站!

24小时热线电话:010-51655247
技术文章

articles

当前位置:首页  /  技术文章  /  微机型弗兰克 赫兹实验仪操作原理

微机型弗兰克 赫兹实验仪操作原理

更新时间:2026-08-03点击次数:24

微机型弗兰克  赫兹实验仪操作原理

基于玻尔原子定态理论,通过控制电子在充氩(或汞)管中与原子发生弹性/非弹性碰撞,观测板极电流随加速电压呈周期性起伏,从而测定原子第一激发电位并验证能量量子化;微机系统负责自动扫描加速电压采集微电流数据绘制 I-V 曲线‌‌

 

核心物理原理

能级量子化:原子只能处于分立的定态能级,电子动能小于第一激发能时发生弹性碰撞(能量几乎无损失);达到或超过第一激发能时发生非弹性碰撞,电子将特定能量(E_1-E_0E

1

 E

0

 )传递给原子使其跃迁,自身动能骤减 。

电流周期性变化机制

加速电压 V_V

G2K

  较低时,电子动能不足激发原子,电流随电压单调上升。

eV_ \approx n \cdot \Delta EeV

G2K

 ≈nΔEn=1,2,3...n=1,2,3...)时,电子在到达板极前经历 nn 次非弹性碰撞,损失大部分动能,无法克服拒斥场电压 V_V

G2P

 ,导致板极电流 I_PI

P

  急剧下降(波谷)。

电压继续增加,电子在碰撞后剩余能量足以再次加速并克服拒斥场,电流回升,形成下一个波峰。

结论判定:相邻波峰(或波谷)间的电压差 \Delta VΔV 即为该气体原子的第一激发电位(氩原子约为 11.5V-13.1V,汞原子约为 4.9V)。‌‌

仪器结构与关键电压作用

微机型实验仪通常采用双栅柱面型四极式 F-H (充氩气),包含热阴极 K、第一栅极 G1、第二栅极 G2 和板极 P

 

灯丝电压 (V_FV

F

 ):加热阴极发射热电子,决定电子初速度分布及发射数量(典型值 3V-5V)。

控制栅电压 (V_V

G1K

 ):消除阴极附近空间电荷效应,控制进入加速区的电子流密度(典型值 1V-2V)。

加速电压 (V_V

G2K

 ):在 K-G2 间建立电场,使电子获得动能并与原子碰撞;由微机控制从 0V 线性扫描至 90V

拒斥电压 (V_V

G2P

 ):在 G2-P 间建立反向减速电场,筛选能量足够的电子到达板极形成电流(典型值 2V-8V)。‌‌

微机化操作流程与模式

微机型仪器相比传统手动设备,核心在于自动化数据采集波形实时显示

 

开机预热:各电压旋钮/按键调至最小 -> 开启电源 -> 预热 10-15 分钟(稳定灯丝温度及管内气体状态)。

参数预设:根据仪器铭牌或指导值设定 V_FV

F

 V_V

G1K

 V_V

G2P

  为固定值,保持恒定 。

测量模式选择

示波器观察模式:将 V_V

G2K

  接示波器 X 轴,I_PI

P

  Y 轴,扫描置“自动",直接观察 I_P-V_I

P

 V

G2K

  动态曲线。

手动测量模式:手动缓慢调节 V_V

G2K

 ,逐点记录电压与电流值,适用于理解过程或校准。

微机自动采集模式:连接串口/USB,启动采集软件,设定扫描范围(如 0-90V)和采样密度,仪器自动完成扫描、A/D 转换并绘制完整曲线,软件可自动计算峰值间距 。

关机保护:实验结束先将各电压调至最小 -> 关闭电源 -> 关闭计算机及外设,防止高压冲击损坏 F-H 管 。‌‌

注意事项与数据处理

安全红线:严禁在电压未归零时通电或断电;灯丝电压过高会导致阴极中毒或管子击穿;若电流急剧增大(电离现象)应立即降低加速电压

数据修正:由于电子初始能量服从统计分布及接触电势差影响,实测曲线峰值略有展宽,需取多个相邻峰值电压的平均差值作为第一激发电位,而非单点读数

环境因素:充汞管需严格控温(影响蒸气压),充氩管可在室温下进行但需避免剧烈震动破坏玻璃管结构‌‌

 


咨询服务热线

010-51655247

扫描微信号
Copyright © 2026 北京恒奥德仪器仪表有限公司版权所有   备案号:京ICP备10012662号-7
技术支持:化工仪器网   管理登陆   sitemap.xml

TEL:15811023934