Franck-Hertz-Versuch

• Franck-Hertzröhre mit Neonfüllung 555871
• Steuergerät 55588
• Demonstrationsmultimeter
• x-y-Schreiber

Versuchsaufbau

• 

Die Durchführung mit dem LabQuest kann hier "Franck-Hertz-Versuch LabQuest" gefunden werden.

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

Verbindet man so die Röhre mit dem Steuergerät, so kann man (anders als in der Anleitung beschrieben) sowohl den x-y-Schreiber, als auch manuell ein Voltmeter ansteuern. Mit dem Drehschalter unter dem Display kann man U1 und U3 auswählen.

Meine Werte waren mit den Multimeter(n): U1=3,5V, U3 =7V, (dann geht der Messverstärker schon bei ca. 50V in die Sättigung, aber man sieht sehr schön die Schwankung bei 18V und 36V)

Auf manuellen Betrieb schalten, Multimeter an Ausgang UA (Messverstärker) anschließen (0-30V) und von Hand U2 regeln. (U2 kann am Steuergerät abgelesen oder mit Ausgang U2 auf ein weiteres Multimeter gelenkt werden.)

Die Entstehung der Leuchtflächen ist in der Röhre mit bloßem Auge bei Verdunkelung zu erkennen. Am besten vier bis fünf Schüler zum sichtigen an der Röhre haben und manuell die Spannung bis zum ersten Leuchten regeln, dann ganz langsam die Flächen wandern lassen. (Siehe unten zur Entstehung des Leuchtens)

• Aufbau mit x-y Schreiber
• 

Um einen sinnvollen Graphen zu erhalten, muss man die Werte ändern, um die Sättigung zu vermeiden.

Meine Werte waren: x-y Schreiber: U1= 1,5V, U3 =7V.

• Bedienung des x-y Schreiber
• 
• 

Wichtig ist, dass man mit den Regler x<> und y^ den Stift in die Nullage bringt (siehe Foto).

Wenn bei x und y mit der Einstellung CAL 1V/cm gearbeitet wird (siehe Bild), dann zeigt sich eine schöne Messkurve, welche aber nicht ideal ist.

Der Regler wird danach auf Reset gestellt, darauf folgend auf Dreiecksspannung.

Für eine Optimierung der Messkurve könnte man auf VAR stellen und mit den unbeschriftetetn Reglern die Ablenkung auf das Papier anpassen. Dann sollte y auf 10V/cm eingestellt werden. Der Aufwand rechtfertigt das Ergebnis meiner Meinung nach nicht.

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 es 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.