Frank i Hertz su pokazali da atomi žive imaju čudan afinitet prema energiji od 4,9 eV, što je Niels Bor objasnio kao energiju prelaska atoma žive u prvo pobuđeno stanje. Ovaj eksperiment predstavlja ključni dokaz utemeljenosti Borovog modela atoma.
Krucijalni dokaz Borovog modela
Video čas
Franck i Hertz su konstruisali elektronsku cev ispunjenu živinom parom (Hg).
Katoda se greje posebnim električnim kolom i pri tom emituje elektrone. Anoda se nalazi na pozitivnom potencijalu u odnosu na katodu, privlači elektrone koji se stoga kolektivno kreću ka njoj. Količina naelektrisanja (elektrona) pristiglih na anodu, u jedinici vremena čini jačinu električne struje kroz elektronsku cev. Kada u cevi nema živine pare struja cevi raste kontinualno sa povećanjem napona (do neke vrednosti, kada svi elektroni stižu do anode). Međutim, prisustvo živine pare u cevi uzrokuje pojavu efekta, koji bi se mogao opisati kao afinitet živine pare prema određenoj vrednosti energije.
Svaki put kada napon cevi dostigne vrednost od 4,9 V, odnosno celobrojni umnožak te vrednosti (9,8V; 14,7V; …) jačina struje kroz cev naglo opadne. Ovo se moglo objasniti samo na jedan način: svaki put kada elektroni dostignu vrednost kinetičke energije 4,9 eV steknu se uslovi da tu energiju izgube, odnosno predaju atomima žive. Ali zašto baš taj iznos energije?
Odgovor na ovo pitanje dao je Danski naučnik Nils Bor, koji je utvrdio da je energija od 4,9eV jednaka energiji prelaska elektrona žive na sledeći energetski nivo, odnosno prelasku atoma žive u prvo pobuđeno stanje.
Uočeni padovi električne struje bili su propraćeni emitovanjem ultraljubičaste svetlosti. Merenjem talasne dužine emitovane svetlosti i upoređivanjem iste sa Borovim proračunima, utvrđena je njihova potpuna saglasnost. Emitovana svetlost je posledica vraćanja elektrona na početni nivo, pri čemu se isti oslobađa viška energije u vidu fotona.
Frank-Hertzov ogled predstavlja krucijalni dokaz Borovog modela atoma.
Merna jedinica za energiju čestica, kojom se izbegava upotrebna decimalnog zapisa energije izražene u Džulima, jeste elektronvolt [eV]. Ova jedinica je izvedena iz izraza za rad izvršen na premeštanje naelektrisanja A=qU. Kada se premešta elementarno naelektrisanje (elektron ili proton) merna jedinica za q je jedno elementarno naelektrisanje [e], dok je merna jedinica za napon Volt [V], te se dobija nova jedinica “elektronvolt” odnosno [eV]. Energiju od 1eV ima elektron koji je ubrzan delovanjem električnog polja, krećući se između tačaka među kojima vlada napon U=1V.