Laboratório Virtual: Experimento de Frank-Hertz

Discussão dos Resultados

Os elétrons provenientes do canhão de elétrons incidem sobre os átomos de mercúrio presentes no interior da ampola de vidro, mantida a baixa pressão. Uma vez que a massa do elétron é muito menor que a massa do próton (me ⁄ mp ≅1860) as colisões daquele com o núcleo atômico são elásticas. Desta feita a única possibilidade do elétron incidente (na faixa de energia estudada, i.e. de 0 a 15 eV) transferir energia para o átomo é através de colisões com os elétrons do mesmo. Este processo de transferência de energia se encontra esquematizado na figura 3.

O modelo proposto por Bohr prevê a ocorrência de “saltos quânticos” dos elétrons ligados ao átomo de uma órbita estacionária para outra, somente quando o elétron colisor tiver energia suficiente para promover este salto. Desta feita a energia somente pode ser absorvida de forma discreta, ou seja, em valores discretos. Os elétrons provenientes do filamento quente podem sofrer espalhamento inelástico com elétrons do átomo, assim aquele que tiver energia suficiente pode sofrer esse espalhamento e tem sua energia cinética reduzida de um valor correspondente a  E=hf, i.e., Ei - Ef . Entende-se que a existência de um potencial crítico em 4,9V para o mercúrio (Hg) é porque o primeiro estado excitado desse elemento está em 4,9eV acima do estado de menor energia (estado fundamental).

Os elétrons do filamento que tem essa energia ou maior podem sofrer a colisão inelástica e perder 4,9 eV e quando essa perda acontece próxima à grade eles não conseguem adquirir energia suficiente para atravessar a pequena tensão negativa e chegar à placa consequentemente a corrente diminui. De acordo com essa interpretação, os átomos de Hg que forem excitados para um nível de energia 4,9 eV acima do estado fundamental retornam a esse estado emitindo um fóton de comprimento de onda


E realmente existe essa linha no espectro do Hg.
Para mais informações veja a seção 4-5 páginas 118-120 do livro Física Moderna, 3ª edição, Paul A. Tipler e Ralph A. Llewllyn.