Вариант 1 (работа 48)

УСТАНОВКА НА ОСНОВЕ ГАЗОНАПОЛНЕННОГО ТИРАТРОНА ТГЗ-0,1/1,3

Для проведения опыта Франка и Герца с использованием постоянного ускоряющего напряжения необходимо применять специально изготовленные трехэлектродные лампы. Если же применять переменное ускоряющее напряжение, то можно использовать стандартные газонаполненные приборы, например, тиратроны, а вместо гальванометра применять в цепи коллектора осциллограф. Электрическая схема используемой в данном варианте работы установки имеет вид, изображенный на рис. 3. Источником переменного напряжения, приложенного между сеткой C и катодом K тиратрона T, служит звуковой генератор. Накал катода осуществляется от понижающего трансформатора.

Установка работает следующим образом. Переменное напряжение, приложенное между сеткой и катодом, периодически меняет энергию электронов. При этом первый полупериод лампа заперта, так как на катоде оказывается положительный потенциал. Во второй полупериод через лампу идет электронный ток. Тормозящее поле создается за счет падения напряжения на сопротивлении R (присоединенном к аноду A, являющемуся собирающим электродом) в результате прохождения через него тока.

На вертикально отклоняющие пластины осциллографа подается напряжение, снятое с сопротивления R, которое пропорционально току. На горизонтально отклоняющие пластины осциллографа подано напряжение горизонтальной развертки (рис. 4.а). При синхронности напряжения развертки и сеточного напряжения (а, следовательно, и напряжения, снимаемого с сопротивления R), на экране наблюдаются неподвижные осциллограммы, на которых отклонение электронного луча пропорционально току в лампе. Однако, отклонение луча происходит вниз, и поэтому картина, наблюдаемая на экране осциллографа (рис. 4.б) оказывается «перевернутой» по отношению к вольт-амперной характеристике, изображенной на рис.2: минимумам этой характеристики соответствуют максимумы на экране и наоборот, максимумам  минимумы.

Картина, наблюдаемая при этом на экране осциллографа, поясняется рисунком 5. По мере повышения напряжения на сетке импульсы тока через сетку увеличиваются по амплитуде (рис. 5.а) до тех пор, пока напряжение U_С не станет равным такому U₁, при котором начнутся неупругие столкновения электронов с атомами газа, заполняющего тиратрон (рис. 5.б). При дальнейшем увеличении U_С на осциллограмме тока появляется первый максимум (рис. 5.в), который растет по мере приближения U_С к U, то есть к напряжению, соответствующему первому минимуму вольт-амперной характеристики лампы (см. рис. 2). Если напряжение U_С продолжать увеличивать, то амплитуда импульсов тока вновь начнёт расти вплоть до напряжения U_С2 = U₂ (рис. 5.в), при котором электроны на пути от катода к аноду станут испытывать уже не одно, а два упругих столкновения. При ещё больших значениях U_С то на экране можно наблюдать появление второго максимума осциллограммы (что соответствует второму минимуму на рис.2).

При достижении резонансного потенциала в лампе наблюдается резонансное свечение, связанное с переходом атомов инертного газа с первого возбужденного уровня на основной. Резонансный потенциал удобно определять по разности напряжений, соответствующих появлению первого и второго максимумов. Зная резонансный потенциал, можно определить разность энергий двух стационарных состояний с n  2 и n  1.

Е₂ – Е₁  hν_I  e(U_С2 – U_С1)  e(U₂ – U₁) (8)

и излучаемую длину волны

_I  , (9)

где е – заряд электрона, с – скорость света в вакууме. Проводя измерения, следует помнить, что амплитудное значение напряжения на сетке U_С U_Г, где U_Г – показания вольтметра звукового генератора.