Экспериментальная часть. Внешний вид установки показан на рис.3.

Внешний вид установки показан на рис.3.

Рис.3. Внешний вид установки для проведения опытов Франка-Герца.

1 – термостат с трехэлектродной лампой; 2 – источник питания; 3 – монитор.

Трехэлектродная лампа 1 (рис.3) заполнена парами ртути и предназначена для определения уровней возбуждения атомов ртути в результате их столкновения с электронами. Лампа, используемая в экспериментах, представляет собой триод с плоскими параллельными электродами: нагреваемый катод, покрытый окисью для усиления эмиссии электронов, ускоряющий электрод, выполненный в виде сетки, и собирающий электрод. Расстояние между катодом и сеткой значительно превышает длину свободного пробега электронов в парах ртути при используемых температурах для того, чтобы сделать вероятность взаимодействия максимально высокой. Расстояние же между сеткой и собирающим электродом (анодом) напротив, незначительно.

Первые максимумы на кривой зависимости тока от ускоряющего напряжения лучше всего наблюдать при низких температурах трехэлектродной лампы. В основном, используются температуры около 165°С. Однако, в ряде случаев лучшие экспериментальные результаты могут быть получены как при более низких (менее 150°C), так и при более высоких температурах (свыше 220°C). Нагрев лампы осуществляется для того, чтобы находящаяся в ней ртуть испарилась, и образовался пар соответствующей плотности.

Для нагрева трехэлектродная лампа помещается в нагревательный шкаф (термостат) 1 (рис.3), который соединяется с сетью переменного напряжения 220 В посредством шнура питания со штепсельной вилкой. И шнур, и вилка устойчивы к воздействию высоких температур. Внешний вид термостата показан на рис.4.

Рис.4. Внешний вид термостата.

1 – ручка регулирования мощности нагрева.

Рис.5. Внешний вид блока питания и управления исследуемой лампы:
1 – кнопка «Function», для изменения режимов управления блоком питания;
2 – дисплей блока питания.

Блок питания и управления (рис.5) необходим для построения вольт-амперной характеристики в опыте Франка-Герца на экране монитора компьютера 3 (рис.3). На его передней панели представлены схемы подключения трехэлектродной лампы для двух случаев проведения эксперимента – для лампы с неоном и с ртутью. В данной работе используется лампа с ртутью, схема подключения для этого случая представлена на рис.6.

Рис.6. Схема подключения лампы Франка-Герца для лампы с ртутью.

Снятие вольт-амперной характеристики осуществляется в автоматическом режиме с помощью компьютера, подсоединенного к блоку питания и управления.