Franck-Hertz-Versuch LabQuest

• Franck-Hertzröhre mit Neonfüllung 555871
• Steuergerät 55588
• LabQuest
• Spannungssensoren 2x

Versuchsaufbau

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Der Ein-/Ausschalter befindet sich auf der Rückseite des Geräts.

Verbindet man die Röhre, wie oben im Bild gezeigt, mit dem Steuergerät, so kann man das LabQuest an UA und U2 (siehe Bild) mit jeweils einem Spannungssensor anschließen. Es ist wichtig, dass der 1:1 Spannungsteiler zwischen UA und dem Spannungssensor angeschlossen wird, damit der Graph im Ganzen abgebildet wird, und dieser auch zum Schutz der Sensoren des LabQuests beiträgt (zu Sehen auf den Abbildungen des Versuches). Es ist von Nöten, die Ein-/Ausgänge richtig, wie oben gezeigt anzuschließen!

U2 muss nicht durch einen Spannungsteiler versorgt werden, da das Gerät bereits einen internen 1:10 Spannungsteiler besitzt.

Mit dem Drehschalter unter dem Display ist es nun möglich U2 auszuwählen.

Die Werte des Originalen-PhysikWiki-Eintrags: U1=3,5V, U3 =7V, (Hierbei geht der Messverstärker zwar schon bei ca. 50V in die Sättigung, aber die Schwankungen bei 18V und 36V sind sehr gut zu erkennen) Die Werte von U1 und U3 können durch das Drehen des Drehschalters auf U1 und U3 sichtbar gemacht werden. Diese können auch separat an deren Drehschaltern (Am Steuergerät links zu sehen) manuell eingestellt werden.

Auf dem LabQuest muss die X-Achse des Graphen auf U2, also die Ursprungs-Spannung, gestellt werden, da diese linear auf ~80V steigt und somit in Korrelation mit der Ausgangsspannung des LabQuest zu sehen ist (auch sehr gut an dem Foto oben zu erkennen).

Wichtig ist es, einen der schwarzen Pole auf der rechten Seite des Steuerungsgeräts mit der Masse zu verbinden (siehe grünes Kabel), da der Versuch sonst nicht geerdet ist. Das Rauschen kommt daher, dass wir im mA Bereich arbeiten und hierdurch die Kabel wie "Antennen" funktionieren und der eigentliche Stromfluss durch die geringen Ampere gestört wird (Referenz: Michael Moosbauer).

Die Erdung kann durch die vorgesehen Buchsen an den Mehrfachschukoleisten der Physik erfolgen.

Die Entstehung der Leuchtflächen ist in der Röhre mit bloßem Auge bei Verdunkelung zu erkennen. Optimalerweise vier bis fünf Schüler zum Sichtigen der Röhre am Versuchsaufbau haben und den Drehknopf von Reset eine Einstellung nach Links drehen, damit das Steuerungsgerät die Spannung langsam hochregelt. Hierbei ist eine Leuchtscheibe in der Franck-Hertz-Röhre zu erkennen (Siehe unten zur Entstehung des Leuchtens)

• Nahaufnahme des Steuergerät
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• Spannungsteilermodul und der Versuch aus der Vogelperspektive
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• LabQuest Graph
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Der Regler sollte nach Erreichen der 80V wieder zurück auf Reset gestellt werden, damit die Röhre länger in ihrer Funktionsweise bestehen bleiben kann (Ein Her(t)z für Röhren).

Tipps und Tricks

Neon sollte eigentlich nicht zu sehen sein (18eV erzeugt Emissionen im tiefen UV). Eine ausführliche Erklärung liefert das PDF der FU Berlin. Kurzform: Das angeregte Energieniveau unterscheidet sich nicht um 1 in der Drehimpulsquantenzahl. Beim Aussenden eines Photons ändert sich aber die Drehimpulsquantenzahl des Elektrons um 1. Deshalb fällt dieses erst auf ein relativ dicht am angeregten Niveau liegendes, Zwischenniveau, das eine, um 1 unterschiedliche Drehimpulsquantenzahl hat. Dabei wird das orange-gelbe Licht emittiert und fällt dann auf das ursprüngliche Energieniveau zurück. Die dabei ausgesendete Strahlung liegt im UV-Bereich und ist mit dem Auge nicht sichtbar.

Sicherheitshinweise

Die offizielle Gefärdungsbeurteilung findet man hier im Internet

Konkrete Gefährdungen	Schutzmaßnahmen
Bruch der Röhre und Freisetzung von Quecksilber	Röhre keinen mechanischen Belastungen aussetzen und auf einen stabilen Aufbau achten. Da es sich um eine Neon füllung handelt, besteht keine Gefahr für Personen
Verbrennungsgefahr durch heißes Gehäuse	die Neonröhre heizt kaum auf
Es liegt eine berührungsgefährliche Beschleunigungsspannung vor, falls diese größer als 60 V gewählt wird.	Generelle Schutzmaßnahmen bei berührungsgefährlicher Spannung beachten - auf Abstand achten!
UV-Strahlung	Es liegt nur eine sehr geringe Gefährdung durch UV-Strahlung vor, da eine Glasscheibe im Gehäuse verbaut ist.

Versuch durchgeführt und erstellt durch Marc Herlan und Felix Golatofski (Q12) im Jahre 2019 im Zuge des Seminars "Computergestützte Messverfahren in der Physik".