Biophysics · 04.11

フランク＝ヘルツ実験

Franck-Hertz experiment

🧠 フランク＝ヘルツの実験Franck–Hertz experimentフランク＝ヘルツの実験（Franck–Hertz experiment）Franck–Hertz experiment（フランク＝ヘルツの実験）（Franck–Hertz experiment）は、原子が連続ではなく離散的な励起エネルギーをもつことを衝突実験で示した。

非弾性衝突で励起準位を測る

加速電子accelerated electron加速電子（accelerated electron）accelerated electron（加速電子）が原子と非弾性衝突inelastic collision非弾性衝突（inelastic collision）inelastic collision（非弾性衝突）を起こす特定電圧でエネルギーを失い、コレクター電流collector currentコレクター電流（collector current）collector current（コレクター電流）が周期的に低下する。

flowchart TD
  A["電子を加速"]
  B["閾値で原子を励起"]
  C["電子がエネルギーを失い集電極へ届きにくくなる"]
  A --> B
  B --> C

電流極小の周期

e\,\Delta V=\Delta E

電流極小の電圧間隔が原子の励起エネルギーに対応する。

離散準位を示す証拠

電流極小の間隔が示す離散的励起エネルギーはBohr模型を支持し、より一般には量子数quantum numbers量子数（quantum numbers）quantum numbers（量子数）で分類される束縛bound (electron)束縛（bound (electron)）bound (electron)（束縛）状態として記述される。

閾値未満では主に弾性衝突elastic collision弾性衝突（elastic collision）elastic collision（弾性衝突）。
電圧をさらに上げると複数回励起が起こる。
放出光の光子エネルギーも同じΔEに対応。

医学・測定への応用

原子分光法atomic spectroscopy原子分光法（atomic spectroscopy）atomic spectroscopy（原子分光法）において、エネルギー準位が量子化quantization量子化（quantization）quantization（量子化）されていることを示す直接的証拠である。

まとめ

フランク＝ヘルツの実験Franck–Hertz experimentフランク＝ヘルツの実験（Franck–Hertz experiment）Franck–Hertz experiment（フランク＝ヘルツの実験）は、原子が連続ではなく離散的な励起エネルギーをもつことを衝突実験で示した。
閾値未満では主に弾性衝突elastic collision弾性衝突（elastic collision）elastic collision（弾性衝突）。
原子分光法atomic spectroscopy原子分光法（atomic spectroscopy）atomic spectroscopy（原子分光法）と量子化quantization量子化（quantization）quantization（量子化）されたエネルギー準位の直接的証拠。