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Lorz
Anmeldungsdatum: 18.09.2014
Beiträge: 74
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 Lorz Verfasst am: 18. Nov 2023 21:51 Titel: Franck-Hertz-Versuch - Resonanz oder Mindestenergie? |
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Hallo!
Ich hoffe "Franck-Hertz"-Versuch ist bereits ein eindeutiger Begriff. Aber hier sicherheitshalber, was ich meine:
Elektronen werden beschleunigt in einem Gas (hier meist Quecksilber).
Es wird beobachtet, dass die Elektronen erst Wechselwirken mit den Quecksilberatomen, wenn sie eine Energie von etwa 4,9 eV aufgenommen haben.
Meine Frage ist nun: Wechselwirken die Elektronen nur mit GENAU 4,9 eV oder kommt die Wechselwirkung auf bei höherer Energie, etwa 5,2 eV zustande?
Auch würde mich generell interessieren, bei welchen Prozessen Resonanz der Energien bestehen muss und wo nur ein Schwellwert erreicht werden muss. Etwa bei Absorptionsprozession von Farbmolekülen ist mir das unklar. Ich finde dies in der Schul-Atomphysik oft schwammig/nicht dargestellt. |
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willyengland
Anmeldungsdatum: 01.05.2016
Beiträge: 678
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| willyengland Verfasst am: 19. Nov 2023 11:34 Titel: |
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Aufgrund der Unschärfe-Relation gibt es bei der Energieaufnahme eine gewisse Unschärfe, z.B. wegen der begrenzten Lebenszeit des angeregten Zustands.
Die Temperatur etc. hat auch einen Einfluss.
Wieviel das quantitativ ausmacht, kann ich nicht sagen, aber sehr viel wird es nicht sein, denn wie der Name schon sagt, sind es ja Linien und keine breiten Banden.
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Gruß Willy |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 19. Nov 2023 12:46 Titel: Re: Franck-Hertz-Versuch - Resonanz oder Mindestenergie? |
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| Lorz hat Folgendes geschrieben: | | Auch würde mich generell interessieren, bei welchen Prozessen Resonanz der Energien bestehen muss und wo nur ein Schwellwert erreicht werden muss. |
Grob vereinfacht würde ich sagen, dass eine bestimmte Energie (bzw. ein Energie-Breich) getroffen werden muss, wenn die Energie komplett übertragen wird (z.B. bei der Absorption eines Photons). Wenn eine teilweise Übertragung der verfügbaren Energie möglich ist (z.B. beim unelastischen Stoß von Elektronen), dann genügt das Überschreiten einer Schwelle. |
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Lorz
Anmeldungsdatum: 18.09.2014
Beiträge: 74
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| Lorz Verfasst am: 19. Nov 2023 16:03 Titel: |
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Danke für die Antworten. Aber so richtig weitergebracht fühle mich dadurch noch nicht.
Ich nehme mal ein Beispiel, wo es sehr wichtig ist, ob Resonanz oder "nur" Mindestenergie vorliegen muss:
Das Farbmolekül: Die rote Farbe von Rosen wird erklärt durch die Absorption von grünem Licht. Der entsprechende Rotton der Rose ist dann die Komplementärfarbe vom absorbierten Grünton, sagen wir einfach mal, dass dieser 500 nm habe.
Somit haben im Spektrum des reflektierten Lichts alle Farben ihren Komplementärpartner der sie zu "Weiß" ergänzt - bis auf Rot.
Wenn es auch hier "egal" wäre, ob Resonanz oder Mindestenergie, so könnten auch alle Wellenlängen KLEINER als der obige Grünton absorbiert werden. Es verringert sich also das Spektrum nicht mehr nur um Grün, sondern auch noch alles von Grün bis Violett. Es bleibt nur noch Rot bis Gelb über, die Rose sollte Orange erscheinen. |
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willyengland
Anmeldungsdatum: 01.05.2016
Beiträge: 678
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| willyengland Verfasst am: 19. Nov 2023 16:24 Titel: |
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Ok, und was genau ist deine Frage dazu?
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Gruß Willy |
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Lorz
Anmeldungsdatum: 18.09.2014
Beiträge: 74
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| Lorz Verfasst am: 19. Nov 2023 17:43 Titel: |
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@ willyengland
1. Eine definitive Antwort zum Franck-Hertz-Versuch: Wechselwirken Elektronen mit den Hg-Atomen nur, wenn sie haargenau 4,85 eV (plus Unschärfe) besitzen oder können sie auch mit mehr Energie, etwa 5 eV (oder welcher Wert auch immer nötig ist, um es nicht mehr mit Unschärfe erklären zu können)?
2. Zum Farbmolekül: gleiche Frage: werden auch hier
Energien > Energie der Komplementärfarbwellenlänge + Unschärfeenergie
vom Farbmolekül absorbiert? |
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willyengland
Anmeldungsdatum: 01.05.2016
Beiträge: 678
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| willyengland Verfasst am: 19. Nov 2023 18:26 Titel: |
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Ich verstehe dich da nicht so ganz. Das Experiment zeigt doch ganz klar, dass man definierte Energien benötigt. Hast du dir mal die Kurven angesehen, die man beim Franck-Hertz-Versuch erhält?
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Gruß Willy |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 19. Nov 2023 19:14 Titel: |
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| Lorz hat Folgendes geschrieben: | | Das Farbmolekül: Die rote Farbe von Rosen wird erklärt durch die Absorption von grünem Licht. |
Wie ich oben schon geschrieben habe, reicht es dabei nicht, eine Mindestenergie zu überschreiten, weil die Photonen komplett absorbiert werden. |
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Lorz
Anmeldungsdatum: 18.09.2014
Beiträge: 74
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| Lorz Verfasst am: 19. Nov 2023 19:49 Titel: |
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| willyengland hat Folgendes geschrieben: | | Ich verstehe dich da nicht so ganz. Das Experiment zeigt doch ganz klar, dass man definierte Energien benötigt. Hast du dir mal die Kurven angesehen, die man beim Franck-Hertz-Versuch erhält? |
Die Kurven geben keinen Aufschluss darüber, ob
A: Ein stoßendes Elektron GENAU 4,85 eV (plusminus Unschärfe) haben muss, damit es unelastisch stoßen kann.
B: Ein stoßendes Elektron auch mehr als 4,85 eV (plusminus Unschärfe) haben darf, damit es unelastisch stoßen kann. |
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Lorz
Anmeldungsdatum: 18.09.2014
Beiträge: 74
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| Lorz Verfasst am: 19. Nov 2023 20:00 Titel: |
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@ DrStupid
OK, ja, Du hast Dich dort klar ausgedrückt. Danke schon mal!
Für mich wäre da noch der Wunsch, dies zu verstehen. Also ist es generell so, dass bei Anregung durch Elektronenstoß keine Resonanz vorliegen muss? Und bei Photonen dies aber sein muss? Wahrscheinlich ist letzteres nicht immer so - es gibt ja nun mal den Compton-Effekt.
Vorschlag: Kann es vielleicht sein - sowohl für Franck-Hertz-Versuch als auch für die Anregung des Farbmoleküls und bei sonstigen Wechselwirkungen in Atomen, dass einfach BEIDE Effekte - ResonanzAbsorption und Compton-Effekt - eine Rolle spielen? Und welche Effekte auftreten dann von den Quantenzahlen (--> Zustandsmöglichkeiten/-wahrscheinlichkeiten abhängen)?
Letzteres würde bedeuten für:
den Franck-Hertz-Versuch: ich muss verstehen, welche Quantenzustände das mit 4,85 eV anregbare Elektron des Hg-Atoms einnehmen kann. Eventuell findet man dort weitere einnehmbare Zustände, die mit Energien größer 4,85 eV anregbar sind. Dort könnte man dann noch weiter fragen, ob diese diskret der kontinuierlich verteilt sind. Liegt eine diskrete Verteilung vor, so ist die Ausbeute an angeregten Hg-Atome natürlich geringer als bei einer kontinuierlich verteilten möglichen Anregungsenergie
die Anregung des Farbstoffmoleküls: welcher Effekt ist VORHERRSCHENDE? |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 19. Nov 2023 20:09 Titel: |
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| Lorz hat Folgendes geschrieben: | Die Kurven geben keinen Aufschluss darüber, ob
A: Ein stoßendes Elektron GENAU 4,85 eV (plusminus Unschärfe) haben muss, damit es unelastisch stoßen kann.
B: Ein stoßendes Elektron auch mehr als 4,85 eV (plusminus Unschärfe) haben darf, damit es unelastisch stoßen kann. |
Doch, das tun sie. Wenn ein Elektron GENAU 4,85 eV (plusminus Unschärfe) haben müsste, damit es unelastisch stoßen kann, dann gäbe es nur ein Minimum bei eben dieser Energie. Es gibt aber mehrere bei ganzzahligen Vielfachen dieser Energie. |
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DrStupid
Anmeldungsdatum: 07.10.2009
Beiträge: 5044
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| DrStupid Verfasst am: 19. Nov 2023 20:25 Titel: |
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| Lorz hat Folgendes geschrieben: | | Also ist es generell so, dass bei Anregung durch Elektronenstoß keine Resonanz vorliegen muss? Und bei Photonen dies aber sein muss? Wahrscheinlich ist letzteres nicht immer so - es gibt ja nun mal den Compton-Effekt. |
Ob das bei unelastischen Stößen von Elektronen immer so ist, kann ich nicht sagen, aber mir fällt zumindest kein Gegenbeispiel ein.
Bei der Absorption von Photonen gibt es Ausnahmen (z.B. gleichzeitige Absorption von zwei Photonen), aber die sind selten.
Beim Compton-Effekt wird kein Photon absorbiert. Das ist auch nur ein Stoß.
| Lorz hat Folgendes geschrieben: | | Vorschlag: Kann es vielleicht sein - sowohl für Franck-Hertz-Versuch als auch für die Anregung des Farbmoleküls und bei sonstigen Wechselwirkungen in Atomen, dass einfach BEIDE Effekte - ResonanzAbsorption und Compton-Effekt - eine Rolle spielen? |
Nein. Stöße und Absorptionen sind komplett verschiedene Prozesse.
| Lorz hat Folgendes geschrieben: | | den Franck-Hertz-Versuch: ich muss verstehen, welche Quantenzustände das mit 4,85 eV anregbare Elektron des Hg-Atoms einnehmen kann. Eventuell findet man dort weitere einnehmbare Zustände, die mit Energien größer 4,85 eV anregbar sind. |
Beim Franck-Hertz-Versuch werden keine höheren Zustände angeregt, sondern immer derselbe. Die Minima bei höheren Energien kommen dadurch zustande, dass ein Elektron mit dem n-fachen der nötigen 4,85 eV bis zu n Atome hintereinander anregen kann und dabei jeweils 4,85 eV verliert. |
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Lorz
Anmeldungsdatum: 18.09.2014
Beiträge: 74
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| Lorz Verfasst am: 19. Nov 2023 21:31 Titel: |
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| DrStupid hat Folgendes geschrieben: | | Lorz hat Folgendes geschrieben: | Die Kurven geben keinen Aufschluss darüber, ob
A: Ein stoßendes Elektron GENAU 4,85 eV (plusminus Unschärfe) haben muss, damit es unelastisch stoßen kann.
B: Ein stoßendes Elektron auch mehr als 4,85 eV (plusminus Unschärfe) haben darf, damit es unelastisch stoßen kann. |
Doch, das tun sie. Wenn ein Elektron GENAU 4,85 eV (plusminus Unschärfe) haben müsste, damit es unelastisch stoßen kann, dann gäbe es nur ein Minimum bei eben dieser Energie. Es gibt aber mehrere bei ganzzahligen Vielfachen dieser Energie. |
Das erscheint mir aber widersprüchlich zu dem, was Du einen Post weiter schreibst und wie ich es auch sonst kenne. Das potenziell stoßende Elektron kann doch mehrmals stoßen: es sammelt entlang der Beschleunigungsstrecke 4,85 eV auf, stößt, verliert dabei alles, beschleunigt wieder auf 4,85 eV, stößt wieder usw. bis die Beschleunigungsstrecke zu Ende ist. Dadurch kann eine Kurve, zB von U_B = 0 bis 15 V drei Minima im U_B-I_A-Diagramm aufweisen, wobei I_A der Auffangstrom der durch das Hg-Feld gelangten Elektronen ist.
Praktisch wäre der Unterschied jedoch - verpasste das Elektron seine Chance bei genau 4,85 eV zu stoßen, dann könnte es danach nicht mehr stoßen, weil seine Energie zu groß geworden ist. Auch hier wäre also die Ausbeute DEUTLICH reduziert und die Minima zu größerem U_B drastisch kleiner ausgeprägt.
Naja, wahrscheinlich hast Du das irgendwie anders gemeint.
Aber gut - das Fazit ist ja nun schon klar aus Deiner Sicht:
Die 4,85 eV sind eine MINDESTEnergie für den unelastischen Stoß. Die Restenergie behalten die beschleunigten Elektronen.
Es ist damit kein Resonanzeffekt (ich nenne das so in Anlehnung an die stimulierte Emission, dort muss ja auch die eintreffende Energie gleich dem Energiegap von angeregtem und abgeregtem Zustand sein - wenngleich auch das Atom schon angeregt ist und nicht wie das Hg-Atom zu Anfang nicht angeregt). Anbei - kommt es in der Franck-Hertzröhre eigentlich auch zu stimulierter Emission? (klar - ist jetzt kein Resonator das Ding - aber vielleicht trotzdem so n bisschen?) |
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