Question

コロッケ

これ基底状態から第一励起状態になるときk格からL格に電子が１つ移ることで電子同士の斥力でなんかすごいことになったりしないんですか？

594. フランク・ヘルツの実験
解答
(1) 解説を参照 (2) 2.5
指針 加速された電子の運動エネルギーが, 水銀原子の基底状態と,
最もエネルギーの低い励起状態とのエネルギー差に等しくなるとき, 原
子内の電子を励起し、エネルギーを失う。 エネルギー差に等しくないと
きは、原子内の電子を励起できず, エネルギーを失わない。
解説 (1) FG間の電位差で加速された電子は,その運動エネル
ギーが小さいとき, 水銀原子に衝突しても, 原子内の電子を励起でき
ないので,途中でエネルギーを失うことなくPに達する。 しかし, 加
速した電子のエネルギーが, 水銀原子の基底状態と, 最もエネルギー
の低い励起状態とのエネルギー差に等しくなると,電子は,水銀原子
内の電子を励起し, エネルギーを失う。 このため,電子は, Gよりも
わずかに電位の低いPに到達できなくなり、 電流計に流れる電流が減
少する。 さらに電位差Vを大きくすると,やがて電子のエネルギーは,
2回目の励起によって失われ、 再び電流が減少する。 このようにして,
電流は,増加・減少を繰り返す (図)。
(2) 電位差Vが4.9V 大きくなるたびに、電流は減少を繰り返すため.
水銀原子のエネルギー準位の差は 4.9eV である。 また, 観測される紫
外線は, 励起された水銀原子内の電子が基底状態にもどるときに放出
される光子であり, 4.9eVのエネルギーをもつ。
プランク定数をん, 電気素量をe, 光速を c, 紫外線の波長を入とする
と. eV=
入について整理し, 各数値を代入すると,
i=
hc
eV
=
hc
入
( 6.6×10-34) × ( 3.0×10)
(1.6×10-19)×4.9
= 2.52×10-7m 2.5×10-7m
理
C

図2
も低い量子数が'のエネルギー準位Ewに
の差に等しいエネルギーの光子が放出されることによる (図2)。
波長の電磁波は、量子数の値がいくらのエネルギー準位からい
くらのエネルギー準位への遷移による電磁波か。 理由を示して答えよ。
(10. 筑波大改)
→例題50
(2) 図中の破線で囲んだ部分は可視光線の領域で、Eの輝線の光の波長は4.9×10m
であった。 Dで示した輝線の光の波長を求めよ。
594. フランク・ヘルツの実験 フランクとへ
ルツは、放電管に低圧の水銀気体を封入した図
1のような装置で実験を行った。 放電管にフィ
ラメントFと網目状の格子Gを置き、その後ろ
に電極Pがある。 フィラメントFから放出され
た電子は、FG間の電位差V[V] で加速される。
電極Pは格子Gよりも少し低い電位にしており,
一定のエネルギー以下の電子は,電極Pに到達
しないようにしてある。
図 1
FG間の電位差Vを大きくしながら,電流計
に流れる電流値を測定すると, 4.9V の整数倍
で増加・減少を繰り返した (図2)。また, 4.9V
をこえると, 放電管から波長(ア) ×10-7m
の紫外線が出ることもわかった。
(1) 水銀原子がとびとびの値のエネルギー準
位をもつという仮説から、 電流値が増加・減少を繰り返す理由を述べよ。
(2) (ア)に入る数値を有効数字2桁で答えよ。 ただし, プランク定数を6.6×10-34J-S
光速を3.0×10°m/s, 電気素量を 1.6 × 10-19 C とする。
(愛知教育大改)
電流計に流れる電流
2
0
m
水銀気体
of
V(V)
(FG間)
5
10
FG間の電位差 V〔V〕
ヒント
593 (1) 波長が最も短い系列であり、電子は最も低いエネルギー準位に遷移している。
594 (2) 4.9Vで加速された電子の運動エネルギーが、紫外線のエネルギーとなる。
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