Franckův-Hertzův experiment znovu a lépe
Téma již má řešitele.- Řešitel
- Linda Tománková - Gymnázium Boskovice, příspěvková organizace
- Instituce
- Masarykova univerzita
- Fakulta/ústav
- Fakulta přírodovědecká
- Další údaje o pracovišti
- Ústav fyzikální elektroniky
- Lektoři
- Vít Kudrle
- Podpora
- JCMM podpořila toto SOČ téma částkou 5 000 Kč na materiál a částkou 10 000 Kč na honorář školitele.
V roce 1914 byly Franckem a Hertzem publikovány výsledky měření kinetické energie elektronů po srážkách s atomy. Poprvé se přímo ukázalo, že hodnoty energiových stavů v atomu jsou kvantovány a že mezi nimi může docházet k zářivým přechodům. Toto experimentální potvrzení kvantových teorií (Planck, Einstein, Bohr) bylo tak průlomové, že za něj byla udělena Nobelova cena. Přes zdánlivou "historičnost" F-H pokusu je toto téma stále předmětem výzkumu a vycházejí odborné články v renomovaných světových časopisech.
Úkolem projektu je zopakovat Franckův-Hertzův experiment s využitím komerční demonstrační soupravy (cílené na střední a vysoké školy) a doplnit elektrická měření o další metody optické a spektroskopické. Cílem projektu je porozumění problematice nad rámec běžného VŠ vysvětlení F-H experimentu, ale při zachování schůdnosti pro středoškolského studenta.
Experimentální práce budou zahrnovat zejména
- určení vlivu parametrů experimentu (zejména urychlovacího a brzdného napětí) na měřený elektronový proud
- pomocí makrofotografie přímo pozorovat struktury zářívých a tmavých vrstev, způsobených opakovanou excitací
- naměření emisních spekter v UV-VIS-NIR oboru
Teoretická část práce se pokusí vysvětlit pozorované děje, zejména pak odchylky od zjednodušené teorie, která se většinou ve výuce nebo popularizačních aktivitách využívá. Nelze očekávat, že by SŠ student během 1 roku zvládl celou potřebnou vysokoškolskou matematiku a fyziku. Proto se místo řešení diferenciálních a integrodiferenciálních rovnic pokusíme vytvořit numerický Monte Carlo model, který bude zahrnovat nejdůležitější jevy - emisi elektronů s konečně širokou rozdělovací funkcí, pohyb elektronů v elektrickém poli včetně různých druhů srážek, efekt nehomogenit pole kvůli prostorovému náboji a mřížkám. Na pořízených makrofotografiích bude potřeba provést počítačovou analýzu obrazu pro získáni prostorového rozložení intenzity a dalších parametrů (vzdálenost mezi maximy apod.).
Veškeré experimentální vybavení je dostupné na Ústavu fyzikální elektroniky MU.