[물리학실험 레포트 보고서] 프랑크헤르츠이론보고서

제 목 : 프랑크 헤르츠 실험
실험 목적
1914년 프랑크와 헤르츠가 수은 기체에 전자를 충돌시켜서 수은의 에너지 상태가 양자화 되어 있는 것을 확인한 실험을 재연 하는 것으로서 이 실험을 통하여 에너지준위와 여기에너지, 탄성충돌등의 개념을 익히고 원자의 양자화, 즉 에너지준위 불연속성을 확인해보자.
이 론
1900년대에 들어와서 원자의 구조에 대한 연구가 활발하게 이루어 졌으며, 원자 모델에 대한 여러가지 가설들이 제안되었고 바로 실험에 의하여 확인되었다. 1910년대 초반에 러더퍼드(Rutherford)에 의하여 규명된 원자의 모형은, 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.
1913년 보어(Bohr)가 원자의 결합 상태에 대한 양자화 가설을 내놓아 이러한 문제점을 피해나갔고, 이전에 실험적으로 잘 알려…(생략)

① 보어의 원자 모형

1. 원자에는 어떤 `정상 상태`들이 존재하는데, 이 상태에서는 회전하는 전자가 전자기파를 계속적으로 복사하지 않는다는 점에서 고정적인 안정 상태와 다르다. 정상 상태는 확정된 총에너지로 정의되는 상태이다.

2. 전자기 전자기 복사의 방출이나 흡수는 두 정상 상태 사이의 전이에 수반해서만 일어날 수 있다. 방출 또는 흡수 복사선의 진동수 v는 두 정상 상태(1과 2)의 에너지 차에 비례한다.

3. 정상 상태에서 계의 동역 학적 평형은 고전적인 물리법칙의 지배를 받으나 이들 고전적인 물리법칙들은 정상 상태 사이의 전이에서는 적용되지 않는다.

4. 전자와 핵으로 이루어진 계의 운동에너지의 평균값 로 주어지는데 는 회전 각진동수이다. 보어는 이 가정이 원궤도의 정상 상태에 있는 계의 운동량이 의 정수 배가된다는 가정과 동등하다는 것을 지적했다. (이 결합된 상수는 너무 자주 나타나기 때문에 다른 기호 로 표시되며 `h bar`로 발음한다.)

②프랑크 헤르츠 실험