Uno de los experimentos, que me parece realmente interesante y una prueba convincente de que los niveles de energía en un átomo están cuantificados, es el experimento de Franck-Hertz. James Frank y GL Hertz ganaron el Premio Nobel de física en 1925 por este experimento clásico.
Consiste en un tubo que contiene vapor de mercurio a baja presión. Los electrones emitidos por el cátodo son acelerados por una rejilla cargada positivamente, sufriendo colisiones con los átomos de mercurio (supuestamente aislados) en el proceso. El ánodo se mantiene a un potencial ligeramente negativo en la red, por lo que solo los electrones con una energía cinética pequeña (pero no nula) pueden alcanzar el ánodo y contribuir a la corriente.
La figura (A) a continuación muestra la configuración experimental, y la figura (B) muestra una gráfica de los observables.
Créditos de la figura: 験
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Cuando trazamos la curva de voltaje de corriente versus aceleración, lo que observamos es bastante fascinante. La corriente aumenta regularmente hasta 4.9V, después de lo cual hay una fuerte caída. De hecho, este comportamiento se repite cada 4.9V posterior.
Frank y Hertz interpretaron este comportamiento de la siguiente manera: con poca energía, los electrones sufren principalmente colisiones elásticas con las moléculas de mercurio, pero tan pronto como la energía es lo suficientemente alta como para elevar la energía del átomo de un nivel cuantificado a otro, comienzan las colisiones inelásticas. está ocurriendo, y la corriente cae a un valor muy bajo a 4.9V. Cuando la energía es lo suficientemente alta para 2 o más colisiones inelásticas, vemos las subsiguientes caídas en la corriente. Por lo tanto, 4.9V es la cantidad de energía requerida para cambiar el nivel de energía de un átomo de mercurio.
También se han observado efectos similares con el gas de neón, aunque con una diferencia de potencial de 19V.
Hay varios otros que considero que son igual (si no más) ingeniosos, como el experimento de la gota de aceite de Millikan, que probó la cuantización de la carga eléctrica, la investigación de Rutherford sobre la estructura de un átomo (experimento de Geiger-Marsden), el Michelson. – Experimento de Morley que refutó la existencia del éter, o el experimento Pound-Rebka que midió el corrimiento al rojo gravitacional de un fotón (una prueba de la relatividad general), y varios otros. Sin embargo, el experimento de Frank-Hertz es uno de los menos conocidos, pero muy interesantes que he encontrado hasta ahora.