Esperimento di Franck e Hertz (8 settembre 2006)
A cavallo tra fine ‘800 e inizio ‘900 due contraddizioni erano emerse nel campo della fisica atomica tra dati sperimentali e spiegazione teorica:
1) l’incompatibilita` delle frequenze delle righe spettrali con il teorema di Fourier;
2) l’incompatibilita` del modello atomico di Rutherford con la stabilita` dell’atomo.
La via d’uscita a queste contraddizioni fu suggerita da Bohr con la sua teoria dell’atomo di idrogeno (1913). Tale teoria ammette i seguenti postulati:
1) gli elettroni di un atomo possono rimanere stabilmente su orbite privilegiate senza irraggiare, caratterizzate da valori discreti dell’energia;
2) l’emissione o l’assorbimento di radiazione elettromagnetica non avvengono in modo continuo, ma attraverso l’emissione o l’assorbimento di un quanto di energia pari alla differenza fra due livelli. La frequenza e` determinata dalla relazione di Planck:
E2 E1
h;3) il momento angolare dell’elettrone orbitante e` quantizzato. Per un’orbita circolare: l nh 2 .
Studiando le collisioni di elettroni con atomi, Franck e Hertz trovarono che a energie sufficientemente basse tali collisioni erano elastiche, avvenivano cioe` senza trasferimento di energia agli atomi. Studiando il moto di elettroni in vapori di mercurio (1914), trovarono che gli elettroni potevano impartire energia agli atomi di mercurio solo se possedevano energia cinetica superiore a 4.9 eV, e che esattamente questa energia veniva assorbita dall’atomo di mercurio, che in seguito si diseccitava emettendo luce di 2537 A. Era la prima prova diretta (anche se non immediatamente riconosciuta) della natura quantizzata del trasferimento di energia e della connessione del quanto E di energia con la frequenza E h della luce emessa. Questi esperimenti sono considerati come la prima prova decisiva della realta` dei livelli di energia quantizzati postulati da Bohr.
