[자연과학][현대물리학] 프랑크-헤르츠 실험

1. 실험 제목 : 프랑크-헤르츠 실험

2. 실험 목적 :

1914년 프랑크와 헤르츠가 수은 기체에 전자를 충돌시켜서 수온의 에너지상태가 양자화 되어 있는 것을 확인한 역사적인 실험을 재현하고, 본 실험을 통하여 에너지 준위와 여기에너지, 탄성충돌 등의 개념을 익히고 원자가 양자화 되어 있는 모습을 직접적으로 관찰한다. 이 실험으로 원자의 전자 에너지준위가 양자화 되어 있다는 것이 수긍할 수 있게 증명된다.

3. 실험 이론 :

l900년대에 들어와서 원자의 구조에 대한 연구가 활발하게 이루어 졌다. 원자모델에 대한 여러 가지 가설들이 제안되었고 바로 실험에 의하여 확인되었다. 1910년 초반에 드디어 원자의 형상에 대한 실체를 잡을 수 있었다. 라더퍼드에 의하여 실험적으로 규명된 원자의 모형은, 마치 태양계에서 태양을 중심으로 하여 여러 행성들이 돌고있는 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 초 이내에 핵에 포획되어 버린다는 문제점이 생겼다.
l9l3년 보어가 원자의 결합 상태에 대한 양자화 가설을 내놓아 이러한 문제점을 피해나갔고, 더욱이 이전에 실험적으로 잘 알려졌던 원자의 방출, 흡수 스펙트럼에 대해 완전하게 설명을 할 수 있었던 것이다. 핵 주위를 돌고 있는 전자가 가질 수 있는 에너지는 연속적이 아닌 띄엄띄엄한 값이라는 결과는 지금까지의 고전론적인 사고방식에 일대 전환을 가져오게 하였다. 원자의 세계는 고전역학으로 설명을 할 수가 없어서, 전혀 새로운 체계의 접근 방식이 필요하게되었고 양자역학이 만들어지게 된 것이다.
보어의 원자 가설이 나온 1년후, 1914년 프랑크(Franck)와 헤르츠(Hertz)에 의하여 원자가…