フランク・ヘルツの実験について

質問

学校で配布された「実験の手引き」の原理のところに

「…気体原子の濃度（ガスの圧力）、従って電子の自由行路（free　path ：一つの衝突から
　次の衝突迄に進む距離）が適当であると、電子は二回目の衝突で再び第二の定常状態へ励起され…」

と記述されているのをみて疑問に思ったのですが、‘適当でない’とどのようなことが起こるのでしょうか？

図書館の本を読んでみたのですが、それらしい答えを見つけられませんでした。

ご回答よろしくお願いします。

回答No.2

jamf0421

>気体原子の濃度が高いとき、低いときにはどのようなことが起こるの
>でしょうか？
ということであらためて初めのご質問を見ますと
>”気体原子の濃度（ガスの圧力）、従って電子の自由行路（free　
> path ：一つの衝突から次の衝突迄に進む距離）が適当であると、
> 電子は二回目の衝突で再び第二の定常状態へ励起され…

の意味を深く考えておりませんで失礼いたしました。
これは一回励起エネルギーを水銀に渡して運動エネルギーの落ちた電子が次ぎの水銀に衝突するまでにまた電場で加速される必要があることに関連しておりますね。ある程度飛ぶ距離があって、その間に電子が電場で加速され、もう一度W2-W1の励起に必要なエネルギーを得ると2回目の衝突が有効になりますが、その前に水銀にぶつかってしまうと有効でない、ということでしょう。”適当である”とはそういうことだと思います。

お礼

何度もご回答ありがとうございます。

お礼をするのが遅くなってしまい、申し訳ありません。

jamf0421さんのご回答内容を参考に、自分なりに考えて結論を出しました。

本当にありがとうございました。

回答No.1

jamf0421

考え方だけ簡単に書きます。この実験は電子がある一定以上の運動エネルギーがないと途中の障壁に阻まれて陽極（と言ってよい筈ですが）に届かないように設計されていますね。
電圧を上げるとPtから飛び出した電子の運動エネルギーがあがって陽極に届く電流が増えて行きます。そして丁度ガスの第一励起のエネルギーW2-W1に等しくなったところで電子のエネルギーはガスの電子励起に使われ、運動エネルギーを失い、陽極の届く量は減ってしまいます。でもさらに電圧を上げた状態にすると1回の衝突で元気のなくなった電子は再び勢いを取り戻して陽極までいけるようになります。しかし余り勢いの取り戻しが早いと、2回目の衝突で再びガスの電子の励起ができるようになり、エネルギーを失ってしまいます。エネルギーロスは合計2(W2-W1)の時に対応します。”適当でない、”とは1回目の衝突で元気がなくなったが電圧があるのである程度勢いがあって陽極までいけるが、2回目の衝突でガスの電子を励起するほどではない、状態でしょう。殊更に自由行路という表現をする理由はわかりませんが...

お礼

ご回答ありがとうございます。

参考にさせていただきます。

私の質問の仕方が悪かったです^^;

「気体原子の濃度が高いとき、低いときにはどのようなことが起こるのでしょうか？」

と質問をすれば良かったですね^^;
すみませんでした。

ありがとうございました。