Экспериментальное доказательство существования стационарных состояний атомов (опыты Д. Франка и Г. Герца)

Существование стационарных состояний было доказано в опытах немецких физиков Д. Франка и Г. Герца в 1913г.

Передают энергию атомам, бомбардируя их электронами, ускоренными электрическим полем.
- Кинетическая энергия, которую приобретает электрон, пройдя разность потенциалов U.
Стеклянный сосуд с тремя электродами заполнен парами ртути при низком давлении. Батарея G1 создает ускоряющее электрическое поле. Напряжение U между катодом K и сеткой C можно регулировать с помощью потенциометра. Между сеткой и анодом с помощью батареи G2 создается слабое задерживающее поле с напряжением около 0,5 В. Это поле препятствует попаданию на анод медленых электронов. Испускаются электроны катодом К, подогреваемым электрическим током.

При напряжении ниже 4,9 В:
столкновения электронов с атомами являются упругими; внутренняя энергия атомов не меняется;
кинетическая энергия электронов при этом почти не меняется, так как масса электрона много меньше массы атомов ртути;
электроны, ускоренные электрическим полем между катодом и сеткой, преодолевают задерживающее
поле и достигают анода;
число электронов, достигших
анода в единицу времени, растет пропорционально напряжению.
Напряжение повышается до 4,9 В:
столкновения электронов с атомами становятся неупругими;
внутренняя энергия атомов увеличивается скачком, а электрон после соударения теряет почти всю свою кинетическую энергию;
задерживающее поле не допускает медленные электроны до анода, и сила тока резко уменьшается;
ток не падает до нуля, так как некоторая часть электронов достигает сетки, не испытав неупругих соударений.