Franck-Hertz-Versuch LabQuest
- Franck-Hertzröhre mit Neonfüllung 555871
- Steuergerät 55588
- LabQuest
- Spannungssensoren 2x
Versuchsaufbau
Ein-/Ausschalter befindet sich auf der Rückseite des Geräts.
Verbindet man so die Röhre mit dem Steuergerät, so kann man das LabQuest an UA und U2 mit jeweils einem Spannungssensor anschließen. Es ist wichtig, dass man, wie auf dem Bild gezeigt, den 1:1 Spannungsteiler zwischen UA und dem Spannungssensor klemmt, damit wir den Graphen im Ganzen sehen können und unsere Sensoren das aushalten. Auf die Ein-/Ausgänge achten
U2 muss nicht durch einen Spannungsteiler versorgt werden, das Gerät besitzt bereits einen 1:10 Spannungsteiler.
Mit dem Drehschalter unter dem Display kann man nun U2 auswählen.
Die Werte des Originalen-Eintrags: 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) Die Werte von U1 und U3 kann man durch das Drehen des Drehschalters auf U1 und U3 sichtbar machen, sowie diese an deren Drehschaltern einstellen.
Auf dem LabQuest muss die X-Achse des Graphen auf U2, also die Ursprungsspannung 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 sehen).
Wichtig ist es, einen der rechten Minuspole des Steuerungsgeräts mit der Masse zu verbinden (siehe grünes Kabel), da der Minuspol des Steuerungsgeräts 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 sehr gerne gestört wird (Hier nochmal einen besonderen Dank an Michael Moosbauer).
Die Erdung kann sehr leicht durch die vorgesehen Buchsen an den Mehrfachsteckdosen der Physik erfolgen.
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 den Drehknopf von Reset eins 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 Steuergerät
- Spannungsteilermodul und Versuch aus der Vogelperspektive
Der Regler sollte nach Erreichen der 80V wieder zurück auf Reset gestellt werden, damit die Röhre länger lebt (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 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. |