Percobaan Franck-Hertz

Marilah kita bayangkan percobaan berikut yang di lakukan dengan peralatan yang diperlihatkan gambar dibawah ini Elektron-elektron meninggalkan katoda, yang di panasi dengan sebuah filament pemanas. Semua electron itu kemudian diopercepat menuju sebuah kisi oleh beda potensial U1, yang dapat di atur. Elektron dengan energi U2 elektrovolt dapat menembusi kisi dan jatuh pada pelat anoda, jika U1 lebih besar dari U2, suatu tegangan perlambat kecil antara kisi dan pelat katoda. Arus electron yang m,encapai pelat anoda diukur dengan menggunakan ammeter A.

Pada mulanya tabung dibuat tanpa udara.Elektron yang dihasilkan oleh emisi termionik di katode akan dipercepat oleh anode kisi.Karenaanode kisi berlubang,electron akan melewati anode tersebut(G).Anode pengumpul mempunyai potensial yang lebih negative,sehingga electron akan ditahan dikeping pengumpul.jika energi electron cukup,electron mampu melawan tegangan yang diberikan oleh keeping pengumpul yang disebabkan oleh U2.Kemudian timbullah arus yang dideteksi oleh amperemeter.Ternyata terdapat hubungan :



Oleh karena itu grafiknya dapat dinyatakan:

Sekarang andaikanlah tabungnya diisi dengan gas atom hydrogen. JIka tegangan dinaikkan dari nol, makin banyak electron yang mencapai pelat anoda, dan bersamaan dengan itu naik pula arus electriknya. Elektron-elektron di dalam tabung tentu saja dapat menumbuk atom-atom hydrogen, namun tidak ada energi yang dilepaskan dalam tumbukkan ini- jadi tumbukkan nya elastic sempurna. Satu-satunya cara elektron dapat melepaskan energinya dalam suatu tumbukkan dengan atom hidrigen adalah jika electron memiliki energi yang cukup untuk menyebabkan atom hydrogen bertransisi ke suatu keadaan eksitasi. Dengan demikian apabila energi electron mencapai dan sedikit melebihi energi 10,2 eV (atau ketika tegangan mencapai 10,2 V), elektron dapat melakukan tumbukkan takelastik dengan atom hidrogen dan, dan meninggalkan energi 10,2 eV pada atom hydrogen (yang sekarang berada pada tingkat n= 2), sedangkan electron setelah tumbukkan bergerak dengan energi yang lebih rendah.Dengan demikian ,jika electron harus melewati kisi dan energinya tidak cukupuntuk mengatasi tegangan electron rendah(perlambat),electron electron tidak dapat mencapai pelat anoda.Jadi apabila v= 10.2 Volt,akan teramati penurunan arus.Bila V dinaikan menjadi lebih beasrarusnya akan naik kembali,dan turun kembali ketika V=12.1 Volt.Pada tingkat ini tumbukan elastic menyebabkan atom hydrogen tereksitasi ke tingkat n = 3.Proses ini akan terus berlangsung hinggaV= 13.6 Volt.Pada tegangan ini tumbukan akan menyebabkan atomnya terionisasi.Dan ketika U1 terus dinaikkan,maka akan terjadi efek tumbukan jamak atau multiple collisions.Karena tidak mudah melakukan percobaan dengan menggunakan hydrogen,maka diujicobakan dengan menggunakan merkuri(Hg).Hal ini dilakukan agar hasil percobaan dapat lebih mudah ditafsirkan.Karena jika menggunakan Hidrogen secara alamiah dalam bentuk molekul bukan atom.