フランク・ヘルツの実験

質問

フランク・ヘルツの実験で次のような課題が出されました。
「フランク・ヘルツ実験器で、プレート電圧をカソードよりもわずかに負にしておき、Vaを変化させるとある電圧で負のプレート電流がながれ出る理由を述べよ」
Va→電子の加速電圧
まずきになるのが「プレート電圧」。これはプレート電流の間違いではと思ったのですが…。（この先生のプリント間違いだらけなんです…ほかにもタイプミスがたくさんありまして…）加速電圧って言葉はでてきましたが、これは聞いたことがないです。
この問題の答えがわかりません。この文章のなかで足りないものがあればそこについても書いていただけるとたすかります。
よろしくおねがいします。

回答No.1

Piazzolla · ベストアンサー

ボーアの量子論にある、原子が離散的なエネルギーを持っていることを検証するために、フランクとヘルツが行った実験です。したがって、原子の基底状態や第２、第３・・・励起エネルギーを調べるための原子が必要になります。これには、ネオンやアルゴン、水銀蒸気などが使われます。

あらかじめ、プレートに負電圧を加えておきますが、後で分かりますが、この電圧を超えないと電子がプレートに到達できないようにしているためです。

加速電圧を０Vから少しずつ上げていくと、ネオン原子などに衝突しながらも、ほとんどエネルギーを失うことなく、プレートに到達でき、電流が増加していきます。

さらに加速電圧が高くし、ネオン原子の基底エネルギーと同じ程度のエネルギーを電子が受け取ると、非弾性衝突を起こし、電子のエネルギーはネオン原子の励起のために吸い取られてしまいます。

エネルギーを失った電子は、プレートに到達できず、また、プレートにはもともと府電圧が加わっていましたので、この電圧を超える加速電圧が得られないうちは、電流は減少していきます。

このときの加速電圧Vaによる電子のエネルギーeVaが励起エネルギーとなります。（Vaが５Vなら、５エレクトロンボルト）

補足

早速の回答感謝します。

>エネルギーを失った電子は、プレートに到達できず、また、プレートにはもともと負電圧が加わっていましたので、この電圧を超える加速電圧が得られないうちは、電流は減少していきます。

自分の言葉で言い換えてみますが、次のようなことでいいのしょうか？
プレートには負電圧がかかっているから、それに逆らえるだけの加速電圧が加わらないと電子が到達できない。ということは電子が動かないので電流が減少することになる。
ただ、このことは負の電流が流れるということになるのでしょうか？減るだけで負の電流になるとは言えない気がしますが。それともこれとはほかの原因でしょうか？

回答No.2

Piazzolla

念のため、10冊ほど本で調べましたが、負の電流らしきものは見当たりませんでした。
一般的には、電流が減少するという意味で良いと思います。もしかしたら、負の傾きを持つ電流ということなのかもしれません。

もうご存知かもしれませんが、良い実験結果があるサイトがありました。

参考URL：

http://www.h5.dion.ne.jp/~wing-x/academic/phy_ex/fh/index.html

お礼

わざわざ10冊も調べてくださってありがとうございました。自分はフランクヘルツの関係の本を4冊程度しかみていませんでした。もっとがんばらないといけないなと思いました。
ほんとうにたすかりました。ありがとうございました。