[자연과학][실험보고서] 프랑크-헤르츠실험

실험제목
프랑크-헤르츠실험
실험목표
1914년 프랑크와 헤르츠가 수은 기체에 전자를 충돌시켜서 수은의 에너지 상태가 양자화 되어 있는 것을 확인한 실험을 재현한다. 에너지준위와 여기에너지, 탄성충돌등의 개념을 익히고 원자가 양자화 되어 있는 모습을 관찰한다.
실험관련이론

1. 에너지 준위

각 전자 궤도는 원자핵과 그 주위를 회전하는 전자 등으로 구성되어 있지만 제각기 보유하는 에너지의 크기로 정해지는데, 이때 그 에너지의 높고 낮음을 나타내는 값이다. 선스펙트럼을 설명할 수 있으며 보어가 제시한 원자구조로 설명이 가능하다.

2. 여기에너지

바닥상태에서 들뜬상태로, 또는 낮은 에너지 준위에서 높은 에너지 준위로 들뜨게 만드는 에너지를 말한다.

3. 양자역학

전자, 원자핵 등의 미시적 세계의 물리적 현상을 설명하는 물리 이론이다.

4. 탄성충돌

어떠한 두 물체가 서로 충돌하였을 때 운동에너지와 운동량이 보존되는 충돌상태를 말한다.
1900년대에 들어와서 원자의 구조에 대한 연구가 활발하게 이루어 졌다. 원자 모델에 대한 여러가지 가설들이 제안되었고 바로 실험에 의하여 러더퍼드에 의하여 실험적으로 규명된 원자의 모형은, 마치 태양계에서 태양을 중심으로 하여 여러 행성들이 돌고 있는 것처럼, 무겁고 양전하를 띄고 있는 원자핵을 중심으로 하여 전자가 돌고 있다는 것이다. 그러나 그 당시에 이미 완전히 정립되어 의심할 여지가 없는 전자기학 이론에 따르면 궤도를 돌고 있다는 전자는 안정된 상태로 존재할 수가 없어서 불과 10-7초 이내에 핵에 포획되어 버린다는 문제점이 생겼다.
보어가 원자의 결합 상태에 대한 양자화 가설을 내놓아 이러한 문제점을 피해나갔고, 더우기 이전에 실험적으로 잘 알려졌…
실험장치

① 프랑크 - 헤르츠 실험장치