Bedienungsanleitung Franck-Hertz
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1. Franck Hertz R hre auf Platte 09105 10 09105 90 09105 93 PHYWE Systeme GmbH amp Co KG Robert Bosch Breite 10 D 37079 G ttingen Phone 49 0 551 604 0 Fax 49 0 551 604 107 C Das Ger t entspricht den zutreffenden EG Rahmenrichtlinien Betriebsanleitung 1 SICHERHEITSHINWEISE AN Achtung Der innere Aufbau der Franck Hertz Hg R hre hat sich im Verlauf der Jahre ge ndert so dass alte Bedienungsanleitungen nicht mehr aktuell sind Um Sch den am gelieferten Rohr zu vermeiden lesen Sie bitte diese Betriebsanleitung vor der Inbetriebnahme des Rohres sorgf ltig durch Sie sch tzen sich und vermeiden Sch den an Ihrem Ger t A e Achten Sie darauf dass die auf dem Typenschild des Ger tes angegebene Netzspannung mit der Ihres Strom netzes bereinstimmt Das Ger t ist so aufzustellen dass Netzschalter bzw Ger testecker frei zug nglich sind Die L ftungsschlitze des Ger tes d rfen nicht abgedeckt werden e Das Ger t ist nur zum Betrieb in trockenen R umen die kein Explosionsrisiko aufweisen vorgesehen Verwenden Sie das Ger t nur f r den daf r vorgesehenen Zweck 09105 10 1204 Abb 1 Franck Hertz Hg R hre in der Halterung Franck Hertz Ofen 2 ZWECK UND BESCHREIBUNG Die Franck Hertz R hre und der Franck Hertz Ofen siehe Abb 1 sind speziell f r die Erfordernisse der Physikaus bildung in Schule und Hochschule entwickelte Demons trations2. PHYWE Franck Hertz Betriebsger t 09105 99 PHYWE Systeme GmbH amp Co KG Robert Bosch Breite 10 D 37079 G ttingen Phone 49 0 551 604 0 Fax 49 0 551 604 107 C Das Ger t entspricht den zutreffenden EG Rahmenrichtlinien Betriebsanleitung Abb 1 Franck Hertz Experiment mit Hg R hre und Ofen 1 SICHERHEITSHINWEISE A Vor Inbetriebnahme des Ger tes ist die Betriebsanleitung sorgf ltig zu lesen Sie sch tzen sich und vermeiden Sch den an Ihrem Ger t e Achten Sie darauf dass die auf dem Typenschild des Ger tes angegebene Netzspannung mit der Ihres Strom netzes bereinstimmt e Das Ger t ist so aufzustellen dass Netzschalter bzw Ger testecker frei zug nglich sind Die L ftungsschlitze des Ger tes d rfen nicht abgedeckt werden e Das Ger t ist nur zum Betrieb in trockenen R umen die kein Explosionsrisiko aufweisen vorgesehen Verwenden Sie das Ger t nur f r den daf r vorgesehenen Zweck 09105 99 1204 2 ZWECK UND BESCHREIBUNG Das Franck Hertz Betriebsger t ist ein speziell f r die Erfordernisse der Physikausbildung in Schule und Hoch schule entwickeltes Demonstrations und Praktikumsger t Es dient zur Spannungsversorgung und Ansteuerung der angeschlossenen Hg bzw Ne R hre sowie zur Messung von Temperatur und Anodenstrom Der Verlauf der Abh n gigkeit des Anodenstroms von der angelegten Beschleu nigungsspannung liefert den
3. A Komponenten wie in 3 2 beschrieben verbinden siehe Abb 7 Mittels Netzschalter Betriebsger t einschalten Mit dem Tastschalter 3 PC einstellen B Measure Software starten und Frank Hertz Messsoftware aufrufen Das Programm erkennt automatisch ob ein Hg oder Ne Rohr angeschlossen ist Die notwendigen Para meter sind voreingestellt siehe Abb 8 Die Parameter in Abb 8 sind typische Werte mit denen eine Messkurve erfolg reich aufgenommen werden sollte Wenn der Auff nger strom zu hoch ist beim Z nden dann wird die Messung durch das Franck Hertz Betriebsger t nach 7 sec unter brochen um die R hre vor Besch digungen zu sch t zen Um das Z nden des Rohres zu vermeiden ver nde re die Parameter U2 U3 und U wie folgt reduziere die Heizspannung U und reduziere U3 Franck Hertz experiment measuring x Mode automatic control manual control x data voltage U1 Channels Voltage U1 Current IA L Temperature Tist O voltage U2 voltage U3 voltage UH M v Get value C on keypress fe Every 01 S Parameters End voltage U1 60 00 Y Voltage U2 2 0 Y voltage Jg o o o Voltage UH 6 3 Y Temperature TSoll f 75 2 Display I 1 TI 1A M Tist n U2 ja OH V Diagram M Setup Information Tube Mercury Device version 1 3 0 1 Cancel Abb 8 Messparameter der Franck Hertz Software f r Hg Rohr 09105
4. Hinweise zur Versuchsdurchf hrung Die Anschl sse zum Betriebsger t Messverst rker und zu den Spannungsquellen ist gem der Abb 2 herzustellen Bei Verwendung des Betriebsger tes 6749 muss die Spannung Steuergitter Katode und die Gegenspannung durch externe Versorgungs ger te geliefert werden F r die Verbindung Auff ngerelektrode Betriebsger t muss eine abgeschirmte Leitung 7256 bzw 7254 verwendet werden Auf die richtige Polung der Beschleunigungsspannung der Steuerspannung Gitter Katode und der Gegenspannung ist zu achten Der negative Pol der Beschleunigungsspannung muss mit der Katoden anschlussbuchse verbunden sein Alle Betriebsspannungen d rfen keine leitende Verbindung mit Erde bzw Masse haben da die Versuchsanordnung bereits ber das Betriebsger t Messverst rker an Erde liegt Die indirekt geheizte Katode ben tigt nach dem Anlegen der Heizspannung eine Anheizzeit von ca 192 min Danach wird die Beschleunigungsspannung von 0 V ausgehend langsam erh ht Von der Auff ngerelektrode flie t dann ein Strom zur Anode der in der Gr enordnung von 10 nA liegt Die Verst rkung des Betriebsger tes bzw die Stromempfindlichkeit des Messverst rkers ist entsprechend einzustellen Die Auff ngerelektrode ist negativ gegen ber der Anode auf die richtige Polung eines Anzeigeinstruments am Messverst rker ist zu achten Der Emissionsstrom in der R hre und damit der Auff ngerstrom werden durch den Heizstrom bee
5. Durch ihn ist die R hre gesch tzt falls sie bei zu hoher Spannung durchz nden sollte Der Spannungsabfall an diesem Widerstand kann bei den Messungen vernachl ssigt werden denn der Anodenstrom der R hre ist kleiner als 5 pA Spannungsabfall am Schutzwiderstand lt 0 05 V CONATEX DIDACTIC Lehrmittel GmbH Rombachstr 65 D 66539 Neunkirchen Kundenservice kostenfrei 00800 0266 2839 D CH A L oder 0049 0 6821 94 11 0 www conatex com email didactic conatex com Seite 1 von5 S con ATEX Bedienungsanleitung BAD_CL09033 Franck Hertz R hre mit Neonf llung Auff ngerelektrode Verst rker Gegenspannung mern M der e deine a ui m aaa mer ann Beschleunigungs spannung Heizung amp Steuerspannun Abb 2 ae Anschlussspannungen Heizspannung 6 8 V Steuerspannung Gitter Katode 8 V Beschleunigungsspannung Anode Katode max 80 V Gegenspannung Anode Auff nger 4 10 V Ger tebedarf CL09033 Franck Hertz R hre Neon CL09031 Betriebsger t f r Franck Hertz Versuche Abgeschirmte Leitung BNC BNC Oszilloskop bzw 2 Voltmeter div Verbindungsleitungen CONATEX DIDACTIC Lehrmittel GmbH Rombachstr 65 D 66539 Neunkirchen Kundenservice kostenfrei 00800 0266 2839 D CH A L oder 0049 0 6821 94 11 0 www conatex com email didactic conatex com Seite 2 von 5 Icon ATEX Bedienungsanleitung _D I DA CcT c cc BAD_CL09033 Franck Hertz R hre mit Neonf llung
6. 99 1204 PHYWE IA nA Current IA_U2 1 0V e Current amp _U2 1 5Y e Current 14_U2 2 0Y e 24 22 20 18 Abb 9 Franck Hertz Kurve f r Hg R hre f r unterschiedliche Gegenspannungen U2 C Die Software erlaubt sowohl automatisch als auch manu ell die Beschleunigungsspannung durchzufahren Die Ab bildung 9 zeigt drei Kurven die bei unterschiedlichen Gegen spannungen U2 1 V 1 5 V 2 V aufgezeichnet wurden D Aus den Abst nden zwischen den Minima bestimmt man die Anregungsenergie der Quecksilber bzw Neon Atome Typischer Wert f r Hg Atome liegt bei 4 9 V f r Ne Atome bei 17 2 V 4 BETRIEBSHINWEISE Das vorliegende Qualit tsger t erf llt die technischen Anforderungen die in den aktuellen Richtlinien der Europ i schen Gemeinschaft zusammengefasst sind Die Produkt eigenschaften berechtigen zur CE Kennzeichnung Der Betrieb dieses Ger tes ist nur unter fachkundiger Auf sicht in einer beherrschten elektromagnetischen Umgebung von Forschungs Lehr und Ausbildungsst tten Schulen Universit ten Instituten und Laboratorien erlaubt Dies bedeutet dass in einer solchen Umgebung Sendefunk einrichtungen wie z B Mobiltelefone nicht in unmittelbarer Nachbarschaft verwendet werden d rfen Die einzelnen angeschlossenen Leitungen d rfen nicht l nger als 2 m sein Durch elektrostatische Aufladungen o elektro magnetische Ph nomene HF Burst indirekte Blitzentladungen us
7. U3 Auf der R ckseite des Betriebsger tes Schukosteckdose zur Spannungsversorgung des tem peraturgeregelten Franck Hertz Ofens f r die Hg R hre PHYWE 3 2 Inbetriebnahme Das Betriebsger t wird mit Hilfe der mitgelieferten Ger teanschlussleitung an das Wechselstromnetz 115 V oder 230 V angeschlossen und durch den auf der R ckseite befindlichen Netzschalter eingeschaltet Die Hg bzw Ne R hre ber 5 poliges Kabel und BNC Kabel mit dem Betriebsger t verbinden Anschl sse 9 und 11 Bei der Verbindung der Hg Franck Hertz R hre ist darauf zu achten dass die Beschriftungen der 4 mm Stecker mit denen der Buchsen auf der Platte bereinstimmen siehe Abb 1 F r den Betrieb der Hg R hre ist zus tzlich ein Temperatur sensor 12 anzuschlie en Die F hlerspitze wird durch die ffnung im Franck Hertz Ofen gef hrt und in der H he der R hren Kathode positioniert Des Weiteren ist der Ofen mit tels der Anschlussleitung mit der Schukosteckdose auf der R ckseite des Betriebsger tes zu verbinden Hierbei ist zu beachten dass die Anschlussspannung des Ofens mit der rtlichen Netzspannung bereinstimmt Der seitlich am Ofen befindliche Drehknopf ist auf Maximum zu stellen Hierdurch wird gew hrleistet dass der Bimetallschalter im Ofen erst bei sehr hohen Temperaturen aktiviert wird und den Ofen abschaltet und somit den Regelprozess nicht st rt Zur Erfassung und Darstellung der Messwerte die Ausg nge 7 und 8
8. an einen xyt Schreiber oder an einen Oszilloskop anschliessen F r die Messung mit Hilfe eines Computers ist das Betriebsger t ber ein RS 232 Kabel mit der seriellen Schnittstelle zu verbinden falls notwendig einen USB RS 232 Adapter 14602 10 verwenden 3 2 1 Manuelle Versuchsdurchf hrung Werte in sind typische Werte mit denen eine Messkurve erfolgreich aufgenommen werden sollte Wenn der Auff ngerstrom zu hoch ist beim Z nden dann wird die Messung durch das Franck Hertz Betriebsger t nach 7 sec unterbrochen um die R hre vor Besch digungen zu sch tzen Um das Z nden des Rohres zu vermeiden ver ndere die Parameter U2 U3 und U wie folgt reduziere die Heizspannung U und reduziere U3 Versuch mit Hg R hre A Komponenten wie in 3 2 beschrieben verbinden Mittels Netzschalter Betriebsger t einschalten In Abh ngigkeit der angeschlossenen R hre sind im Ger t Vorgabewerte akti viert So sind u a die Heizungs Spannung Up auf 6 3 V vor eingestellt und der Bereich der Beschleunigungsspannung U1 auf 60 V begrenzt B Mit dem Tastschalter 2 und Drehknopf 13 folgende Parameter einstellen Soll Temperatur Thom 1175 10 C Up 6 3 0 5 V U1 0 60 V U2 2 0 0 5 V U3 ist f r die Hg R hre nicht erforderlich C Mit dem Tastschalter 4 den Ofen einschalten Die Ist Temperatur Tact hat den Wert der Soll Temperatur erst dann erreicht Abweichung ca 2 C wenn die
9. Hat der Bimetallschalter die Heizung noch nicht abgeschaltet wenn die gew nschte PHYWE Temperatur um etwa 5 C berschritten ist so drehe man den Stellknopf entgegen dem Uhrzeigersinn so weit zur ck bis der Bimetallschalter die Heizung abschaltet ein Klick ger usch ist zu h ren Diese Einstellung muss ggf noch einige Male korrigiert werden ehe sich nach ca 15 min Anheizzeit die gew nschte Temperatur mit einer Schwan kungsbreite von ca 15 C um den vorgegebenen Mittelwert eingependelt hat AN Vorsicht Das Ofengeh use und die Schrauben an der Frontplatte weisen w hrend des Betriebs die aktuell eingestellte Temperatur auf k nnen also sehr heiss werden Insbesondere bei l ngerem Betrieb k nnen sich der Haltegriff und die BNC Buchse auf der Frontplatte des Franck Hertz Rohres stark erw rmen Die Temperaturmessung erfolgt aus Sicherheitsgr nden mit einem Thermoelement 13615 01 13615 02 und dem Franck Hertz Betriebsger t 09105 99 oder einem digita len Temperaturmessger t 07050 00 Der Thermof hler wird durch die ffnung auf der Ofenoberseite ins Innere eingef hrt Die Temperaturmessung sollte etwa in der Ofenmitte erfolgen e Es empfiehlt sich unter den Heizofen eine W rme schutzplatte zu legen Das Ger t darf nur unter Aufsicht betrieben werden Das Ger t muss frei stehen d h zu benachbarten Ger ten muss ein Mindestabstand von 20 cm eingehalten werden e Nach dem Heizbetr
10. Nachweis der diskreten Energieabgabe freier Elektronen beim Zusammenstoss mit Hg bzw Ne Atomen Die Anregungsenergie dieser Atome l sst sich aus den aufgezeichneten Spektren bestimmen Mit Hilfe des Franck Hertz Versuchs nach James Franck und Gustav Hertz von 1913 14 wurde das von Bohr postulierte Schalenmodell des Atoms experimentell best tigt Das Franck Hertz Betriebsger t ist mit einer festen Betriebsspannung von 115 V oder 230 V Toleranz zu ver sorgen Der Anschluss ber einen Stelltrafo ist nicht erlaubt Aus dieser Versorgungsspannung erzeugt das Ger t die Beschleunigungsspannung U1 die Gegenspannung U2 die Steuerspannung U3 nur f r Ne R hre und die Heiz spannung Up All diese Spannungen sind nicht ber hrungs gef hrlich und werden ber ein 5 poliges Kabel an die R hren angelegt Die Kabel sind kodiert wodurch das Betriebsger t den Typ der angeschlossenen R hre erkennt und die Grundeinstellungen vornimmt Alle einstellbaren und messbaren Observablen k nnen mit Hilfe eines 3 stelligen LED Displays angezeigt werden Die Darstellung und Auswertung der Messwerte kann alternativ manuell mit Hilfe eines Oszilloskops eines xyt Schreibers oder ber die RS 232 Schnittstelle mit Hilfe der Franck Hertz Measure Software erfolgen PHYWE 1 2 3 Control Unit Betriebsger t Franck Hertz PHYWE Tomi OU O GIG Oven O Th U O A
11. chema von Neon Abb 5 wenn man annimmt dass die Elektronen bevorzugt die Zust nde zwischen 18 3 und 18 9 eV anregen Diese Annahme ist gerechtfertigt weil in diesem Energiebereich 10 Zust nde liegen im Gegensatz zu 4 Zust nden zwischen 16 57 und 16 79 eV Von diesen 4 Zust nden sind zudem 2 noch metastabil da die Wahr scheinlichkeiten f r optische berg nge in den Grundzustand wegen der Auswahlregel AJ 1 sehr klein sind Die berg nge zwischen diesen beiden Gruppen von angeregten Zust nden liegen im sichtbaren Bereich und sind verantwortlich f r das Auftreten der CONATEX DIDACTIC Lehrmittel GmbH Rombachstr 65 D 66539 Neunkirchen Kundenservice kostenfrei 00800 0266 2839 D CH A L oder 0049 0 6821 94 11 0 www conatex com email didactic conatex com Seite 4 von5 g SCON ATEX Bedienungsanleitung EDHE nD A CGC Tne BAD_CL09033 Franck Hertz R hre mit Neonf llung Leuchtschichten Dieses Licht ist einer spektroskopischen Auswertung zug nglich und enth lt mehrere kr ftige Spektrallinien im gelben und roten Spektralbereich Die ber g nge in den Grundzustand liegen weit im ultravioletten Bereich und k nnen daher nicht untersucht werden Abb 5 Auszug aus dem Termschema von Neon CONATEX DIDACTIC Lehrmittel GmbH Rombachstr 65 D 66539 Neunkirchen Kundenservice kostenfrei 00800 0266 2839 D CH A L oder 0049 0 6821 94 11 0 www conatex com email didactic conatex com Seit
12. den ist das Entstehen einer rotleuchtenden Schicht an der Anode Bei weiterer Erh hung der Anodenspannung sinkt der Auff ngerstrom und die Leuchtschicht bewegt sich in die Richtung zur Katode Der Auff ngerstrom erreicht ein Minimum wenn sich die Leuchtschicht von der Anode l st Eine Vergr erung der Anodenspannung f hrt zum Auftreten einer Dunkelzone und bei ca 40 V einer zweiten Leuchtschicht Insgesamt k nnen bis zu 2 Dunkelzonen beo bachtet werden geschichtete positive S ule Diese Schichten kommen folgenderma en zustande Die von der Kathode ausgehenden Elektronen beginnen mit der Geschwindigkeit nahe gleich 0 ihren Lauf und werden alle durch dasselbe Feld beschleunigt erreichen also auch alle im gleichen Querschnitt die zur Anregung notwendige Energie Die Anregung erfolgt also in einer Schicht Dabei verlieren jedoch alle Elektronen ihre Energie und beginnen mit der Geschwindigkeit nahe gleich 0 von Neuem usw Nat rlich verwischen sich die Schichten nach einer Reihe solcher Spiele wegen der statistischen Streuung der Anregungsorte alsbald und die S ule geht allm hlich in die homogene Form ber Zur exakten Auswertung des Strom Spannungsverlaufs ist vom Wert der Beschleuni gungsspannung das Kontaktpotential Eisen Barium in H he von 2 5 V abzuziehen Wie der Abb 4 entnommen werden kann liegt die Spannungsdifferenz zwischen dem 1 und 2 Maximum bei 19 V Dieses Ergebnis steht in guter bereinstimmung mit dem Terms
13. e 5 von 5
14. erforderlich C Mit dem Tastschalter 4 den Ofen einschalten Die Soll Temperatur ist erst dann erreicht wenn die rote LED ober halb des Tastschalters 4 nicht mehr blinkt D Mit dem Tastschalter 3 S gezahn einstellen Ausg nge 7 und 8 mit dem Oszilloskop verbinden und am Oszilloskop den XY Betriebsmode ausw hlen Mit dem Tast schalter 5 die Messung starten Die eingestellten Spannun gen U1 und U2 werden im S gezahn Betrieb mit einer Frequenz von 28 Hz am Hg Rohr angelegt Ein dabei typisch entstehendes Franck Hertz Bild ist in Abb 4 gezeigt Versuch mit Ne R hre A Komponenten wie in 3 2 beschrieben verbinden Mittels Netzschalter Betriebsger t einschalten B Mit dem Tastschalter 2 und Drehknopf 13 folgende Parameter einstellen die Soll Temperatur nicht erforderlich U 7 5 0 5 V U1 0 99 9 V U2 8 1 V U3 3 1 V C Mit dem Tastschalter 3 S gezahn einstellen Ausg nge 7 und 8 mit dem Oszilloskop verbinden und am Oszil loskop den XY Betrieosmode ausw hlen Mit dem Tast schalter 5 die Messung starten S gezahnmessung k nnte nach 7 sec automatisch unterbrochen werden um die R hre vor Besch digungen zu sch tzen wenn zu hohe Str me flie en Die Messung kann dann mit Tastschalter 5 jederzeit wiederholt werden Abb 4 Franck Hertz Experiment mit Hg R hre S gezahnmessung mit Oszilloskop 09105 99 1204 PHYWE 3 2 3 _Versuchsdurchf
15. g PHYWE S con ATEX Bedienungsanleitung BAD_CL09033 Franck Hertz R hre mit Neonf llung Franck Hertz R hre mit Neonf llung Best Nr CL09033 J Franck und G Hertz unternahmen au er ihrem ber hmt gewordenen Elektronensto versuch mit Quecksilber auch Versuche mit Neon Diese R hren zeigen in Analogie zum Franck Hertz Versuch mit Quecksilber mehrere Minima in der Strom Spannungskennlinie Die Abst nde dieser Minima lassen R ckschl sse auf die Anregungsenergie von Neon zu Technische Beschreibung Diese Franck Hertz R hre ist eine Tetrode mit einer indirekt geheizten Bariumoxydkathode einer netzf rmigen Steuerelektrode der netzf rmigen Anode und einer Auff ngerelektrode Die Elektroden sind planparallel angeordnet Der Abstand Steuergitter Anodengitter betr gt etwa 5 mm die Abst nde Katode Steuergitter und Anode Auff nger jeweils etwa 2 mm Der Neongasdruck wird im Rahmen der Fertigung dieser R hre auf eine optimale Kennlinie hin gew hlt und liegt im Bereich einiger hPa Die Anschlussbuchsen f r Heizung Steuergitter und Anodengitter befinden sich auf der Sockelplatte der R hre Der Auff ngerstrom wird an der BNC Buchse am oberen Ende des Abschirmzylinders abgegriffen An diese Buchse wird der Verst rker mit einer abgeschirmten Leitung angeschlossen Zwischen der Anschlussbuchse f r die Beschleunigungsspannung und der Anode der R hre ist ein Begrenzungswiderstand 10 KQO fest eingebaut
16. gung nach 7 sec automa tisch wenn das Franck Hertz Rohr unsachgem ss betrieben wird Folgende Einstellungen werden ausdr cklich empfoh len T 175 10 C Un 6 3 0 5 V Stromst rke der Kathodenheizung lt 150 mA U1 0 60 V U2 2 0 0 5 V Die Spannung Up darf nicht zu hoch eingestellt werden um den Z ndvorgang und die langfristige Zerst rung des Rohres zu vermeiden Falls das Einsetzen der Z ndung bei zu nied rigen Beschleunigungsspannungen erfolgt so mu die Ofentemperatur erh ht bzw die Heizspannung U reduziert werden Je h her die Ofentemperatur desto h her liegt die Spannung bei welcher die R hre z ndet Ferner nimmt mit wachsender Ofentemperatur der Auff ngerstrom im Mittel ab und entsprechend auch der Absolutwert seiner Maxima Je nach R hre k nnen auch noch bei etwas tieferen Temperaturen bis 160 C oder auch bei h heren Temperaturen bis 190 C vorteilhafte Versuchsergebnisse erzielt werden Das charakteristische Franck Hertz Spektrum siehe Abb 4 Abh ngigkeit des Auff ngerstromes l von der angelegten Beschleunigungsspannung U1 ist bei fest eingestellter Heizspannung U aufzunehmen Stromst rke der Kathoden PHYWE heizung darf nicht erh ht werden durch variieren der Be schleunigungsspannung von OV bis 60 V Der Auff nger strom l darf 1 A nicht bersteigen d h die R hre sollte m glichst nie z nden Hinweise Aufgrund der Temperaturschwankungen des He
17. herungs kappe leichte Linksdrehung entnommen und durch eine neue Sicherung ersetzt werden PHYWE 5 TECHNISCHE DATEN typ f r 25 C Betriebstemperaturbereich 5 40 C rel Luftfeuchte lt 80 Eing nge Temperatur T NiCr Ni DIN Buchse Typ K Messbereich 0 999 C Aufl sung 1 C Strom I BNC Buchse Messbereich 0 50 nA Aufl sung 0 1 nA Ausg nge Analogausgang U U1 4mm Buchsen Paar Ausgangsspannung Ausgangsstrom 0 10 V 10 V 100V max 10 mA Analogausgang U I Amm Buchsen Paar Ausgangsspannung 0 10 V 10 V 50 nA Ausgangsstrom max 10 mA R hrenversorgung DIN Buchse Spannung U1 0 99 9 V Aufl sung 0 1 V Spannung U2 0 12 V Aufl sung 0 1 V Spannung U3 0 6V Aufl sung 0 1 V Spannung Uy 0 10V Aufl sung 0 1 V Ausgangsstrom max 400 mA Ofenversorgung Schukosteckdose R ckseite Spannung entspricht der Netz anschluss Spannung s u Ausgangsleistung max 600 VA Datenausgang D SUB 9 Buchse RS 232C bis 115200 Baud Digital Anzeige Art der Anzeige 7 Segment LED H he der Zeichen 20 mm Netzversorgung Schutzklasse Anschlussspannung 115 V 230 V 6 10 Netzfrequenz 50 60 Hz Leistungsaufnahme mit Ofen ca 625 VA Leistungsaufnahme mit Neonr hre ca 40 VA Netzsicherung 5 mm x 20 mm Geh usema e mm Masse siehe Typenschild 230 x 236 x 168 B H T ca 3 390 kg 09105 99 1204 6 MATERIAL A Franck Hertz Experiment mit Hg R
18. hre ohne PC Franck Hertz Betriebsger t 09105 99 Franck Hertz Hg R hre 09105 10 Franck Hertz Ofen 09105 93 bzw 09105 90 NiCr Ni Thermoelement 13615 01 bzw 13615 02 5 Pin Verbindungskabel f r Hg R hre 09105 30 BNC Kabel 75 cm 07542 11 B Franck Hertz Experiment mit Ne R hre ohne PC Franck Hertz Betriebsger t 09105 99 Franck Hertz Ne R hre 09105 40 5 Pin Verbindungskabel f r Ne R hre 09105 50 BNC Kabel 75 cm 07542 11 C Franck Hertz Experiment mit PC Wie in A oder B zus tzlich RS 232 Datenkabel 14602 00 Franck Hertz Measure Software 14522 61 7 GARANTIEHINWEIS F r das von uns gelieferte Ger t bernehmen wir innerhalb der EU eine Garantie von 24 Monaten au erhalb der EU von 12 Monaten sie umfasst nicht den nat rlichen Verschlei sowie M ngel die durch unsachgem e Behandlung entste hen Der Hersteller kann nur dann als verantwortlich f r Funktion und sicherheitstechnische Eigenschaften des Ger tes betrachtet werden wenn Instandhaltung Instandsetzung und nderungen daran von ihm selbst oder durch von ihm aus dr cklich hierf r erm chtigte Stellen ausgef hrt werden 8 ENTSORGUNG Die Verpackung besteht berwiegend aus umweltvertr gli chen Materialien die den rtlichen Recyclingstellen zuge f hrt werden sollten Entsorgungsm glichkeiten f r das ausgediente Ger t erfah ren Sie bei Ihrer Gemeinde bzw Stadtverwaltung PHYWE Franck Hertz Ofen Franck Hertz Ofen DHYWE
19. hrung mit xyt Schreiber Versuch mit Hg R hre A Komponenten wie in 3 2 beschrieben verbinden Mittels Netzschalter Betriebsger t einschalten B Mit dem Tastschalter 2 und Drehknopf 13 folgende Parameter einstellen Soll Temperatur Thom 175 10 C Up 6 3 0 5 V U1 0 60 V U2 2 0 0 5 V U3 ist f r die Hg R hre nicht erforderlich C Mit dem Tastschalter 4 den Ofen einschalten Die Soll Temperatur ist erst dann erreicht wenn die rote LED ober halb des Tastschalters 4 nicht mehr blinkt D Mit dem Tastschalter 3 Rampe einstellen E Ausgang 7 an den Y Eingang Ausgang 8 an den X Eingang eines Schreibers anschlie en F Mit dem Tastschalter 5 die Messung starten Im Betrieb Rampe wird die Beschleunigungsspannung von O V bis U1_max innerhalb von 20 sec automatisch durchge fahren Wenn der Maximalwert der Beschleunigungs spannung erreicht ist blinkt die gr ne LED oberhalb des Tastschalters 5 Im manuellen Betrieb sollte U1 mittels Tastschalter 2 aus gew hlt und mit Drehknopf 13 von O V bis U1_max ver n dert werden In dieser Betriebsart k nnen die Parameter auch nach dem Start der Messung durch Tastschalter 5 variiert werden X2 58 66 Y Y2 22 92 nA AX 39 02 V AY 17 51 nA Abb 5 Franck Hertz Kurve Hg 09105 99 1204 PHYWE Versuch mit Ne R hre A Komponenten wie in 3 2 beschrieben verbinden Mittels Netzschalter Betr
20. ieb darf das Ger t erst nach einer Abk hlzeit von ca 15 min angefasst werden Abb 2 Aufbau des Franck Hertz Experiments mit Hg R hre und Ofen 09105 10 1204 3 2 Franck Hertz Hg R hre Das Franck Hertz Rohr Elektronensto rohr ist eine Drei elektrodenr hre mit ebenen parallel angeordneten Elek troden siehe Abb 3 einer indirekt geheizten Oxidkatho deC einer gitterf rmigen Beschleuigungselektrode A und einer Auff ngerelektrode S Der Abstand zwischen Kathode und Gitter ist gro gegen ber der mittleren freien Wellen l nge der Elektroden im Hg Dampf bei Betriebstemperatur damit eine m glichst hohe Sto wahrscheinlichkeit erzielt wird der Abstand zwischen Gitter und Auff ngerelektrode ist dagegen klein gehalten In die Gitterzuleitung ist ein Schutz widerstand eingebaut C A S U i I 6 3 V O Ui u2 0 60 V 2V Abb 3 Schematischer Aufbau einer Hg Dreielektrodenr hre Infolge der beim Betrieb des Franck Hertz Rohres erzeugten Quecksilberionen wird bei einer kritischen Beschleunigungs spannung eine Z ndung Glimmentladung auftreten Der Auff ngerstrom steigt dann sprunghaft an und kann den gr ten Strommessbereich des Verst rkers berschreiten Nach Einsetzen der Z ndung sollte die Beschleunigungs spannung deshalb sofort reduziert werden bis die Entladung erlischt Wird das Franck Hertz Rohr mit dem Franck Hertz Betriebsger t 09105 99 verwendet dann erfolgt die Abschaltung der Spannungsversor
21. iebsger t einschalten B Mit dem Tastschalter 2 und Drehknopf 13 folgende Parameter einstellen die Soll Temperatur nicht erforderlich Up 7 5 0 5 V U1 0 99 9 V U2 8 1 V U3 2 1 V C Mit dem Tastschalter 3 Rampe einstellen D Ausgang 7 an den Y Eingang Ausgang 8 an den X Eingang eines Schreibers anschlie en E Mit dem Tastschalter 5 die Messung starten Im Betrieb Rampe wird die Beschleunigungsspannung von O V bis Ul_max innerhalb von 20 sec automatisch durchge fahren Wenn der Maximalwert der Beschleunigungs spannung erreicht ist blinkt die gr ne LED oberhalb des Tastschalters 5 Im manuellen Betrieb sollte U1 mittels Tastschalter 2 aus gew hlt und mit Drehknopf 13 von 0 V bis U1_max ver n dert werden In dieser Betriebsart k nnen die Parameter auch nach dem Start der Messung durch Tastschalter 5 variiert werden IA nA X1 21 81 V 32 91 51 V AX 69 70 Y Y1 12 61 nA Y2 38 70 nA AY 26 09 nA Abb 6 Franck Hertz Kurve Ne 09105 99 1204 PHYWE Abb 7 Komplett Experiment Franck Hertz mit Neon R hre und direktemAnschluss an PC 3 2 4 _Versuchsdurchf hrung mit dem Computer Betriebsger t ber RS 232 Kabel an Computer anschlies sen Die FHV Measure Software erlaubt die Ansteuerung des Betriebsger tes die Erfassung Darstellung und Auswertung aller Messwerte Zus tzliche externe Messger te sind nicht erforderlich
22. influsst Die Heizspannung wird im Bereich 6 8 V so gew hlt dass bei einer Beschleunigungsspannung von 70 V keine selbst ndige Entladung auftritt erkennbar an roten Leuchterscheinungen zwischen Katode und Steueragitter Ein am Anodenanschluss der R hre liegender Begrenzungswiderstand 10 kQ verhindert eine berlastung der R hre Auch wenn in der R hre infolge zu hoher Spannung eine Entladung durch Sto ionisation auftritt ist die R hre nicht gef hrdet Die Gegenspannung zwischen Anode und Auff ngerelektrode wird im Bereich 6 bis 10 V so eingestellt dass die Minima max 3 im Strom Spannungs Verlauf deutlich hervor treten Ist die Gegenspannung zu hoch tritt eine fallende Kennlinie mit u U negativem Auff ngerstrom auf Versuchsergebnisse und Diskussion Der Stromverlauf in Abh ngigkeit von der Beschleunigungsspannung ist in den Abb 3 und 4 wiedergegeben Abb 3 CONATEX DIDACTIC Lehrmittel GmbH Rombachstr 65 D 66539 Neunkirchen Kundenservice kostenfrei 00800 0266 2839 D CH A L oder 0049 0 6821 94 11 0 www conatex com email didactic conatex com Seite 3 von 5 S con ATEX Bedienungsanleitung BAD_CL09033 Franck Hertz R hre mit Neonf llung Oszillogramm der Strom Spannungs Kennlinie Abb 4 Schreiberdiagramm X 10 V cm Y 0 5 V cm Wird die Beschleunigungsspannung langsam vom Wert O aus erh ht so tritt etwa ab 20 V eine Verringerung des Auff ngerstromes auf Damit verbun
23. ist nur unter fachkundiger Auf sicht in einer beherrschten elektromagnetischen Umgebung von Forschungs Lehr und Ausbildungsst tten Schulen Universit ten Instituten und Laboratorien erlaubt Dies bedeutet dass in einer solchen Umgebung Sendefunk einrichtungen wie z B Mobiltelefone nicht in unmittelbarer Nachbarschaft verwendet werden d rfen Die einzelnen angeschlossenen Leitungen d rfen nicht l nger als 2 m sein Durch elektrostatische Aufladungen o elektro magnetische Ph nomene HF Burst indirekte Blitzentladungen usw kann das Ger t beeinflusst werden so dass es nicht mehr innerhalb der spezifizierten Daten arbeitet Folgende Ma nahmen vermindern bzw beseitigen den st renden Einfluss Teppichboden meiden f r Potentialausgleich sorgen Experimentieren auf einer leitf higen geerdeten Unterlage Verwendung von Abschirmungen abgeschirmter Kabel Hochfrequenzsender Funkger te Mobiltelefone nicht in unmittelbarer N he betreiben Nach einem Totalausstieg durch Bet tigung des Netzschalters einen Reset durch f hren Bei Verwendung des Franck Hertz Betriebsger ts 09105 99 ist die Betriebsanleitung dieses Ger tes zu beachten 5 TECHNISCHE DATEN typ f r 25 C Betriebstemperaturbereich 5 40 C rel Luftfeuchte lt 80 Franck Hertz Rohr Temperatur 175 10 C Spannung U1 0 60 V Spannung U2 0 3V Spannung Uy 0 7 V Stromst rke lt 150 mA Franck Hertz Ofen Schutzklas
24. izofens k nnen sich bei wiederholten Messungen f r die gleiche Beschleunigungsspannung etwas unterschiedliche H hen des Auff ngerstromes ergeben die Lage der Maxima bleibt hiervon jedoch unber hrt Die Lage der Maxima des Auff ngerstromes bleibt beim ndern der Gegenspannung unver ndert die Lage der Minima hingegen verschiebt sich etwas Die H he des mitt leren Auff ngerstromes nimmt mit wachsender Gegenspannung ab Wenn beim Versuch das Franck Hertz Betriebsger t nicht verwendet wird empfiehlt es sich bei Erreichen der opti malen Ofentemperatur sie ist abh ngig von der verwen deten Franck Hertz R hre die Heizung auszuschalten und sofort mit der Aufzeichnung der Kurve zu beginnen Beim Ein bzw Ausschalten des Heizofens durch den Bimetallschalter ergibt sich eine Belastungs nderung des Wechselstromnetzes die eine kleine nderung der einge stellten Beschleunigungsspannung bewirkt dies ist ggf zu beachten wenn der Schaltvorgang gerade w hrend der Aufzeichnung der Kurve erfolgt X1 19 64 V X2 58 66 V Y1 5 41 nA Y2 22 92 nA AX 39 02 V AY 17 51 nA Abb 4 Typische Franck Hertz Kurve f r Hg 09105 10 1204 PHYWE 4 BETRIEBSHINWEISE Das vorliegende Qualit tsger t erf llt die technischen Anforderungen die in den aktuellen Richtlinien der Europ i schen Gemeinschaft zusammengefasst sind Die Produkt eigenschaften berechtigen zur CE Kennzeichnung Der Betrieb dieses Ger tes
25. m on off OV ol OU man 4 OnA OU PC Start Display Function Stop 13 J 2 PC T U U U I 6 12 I Abb 2 Franck Hertz Betriebsger t 3 HANDHABUNG Funktions und Bedienelemente Abb 2 Dreistellige Digitalanzeige zur wahlweisen Anzeige von Temperatur T Anoden strom la Spannungen Up U1 U2 und U3 2 Tastschalter Display zur Auswahl der in der Anzeige dargestellten Gr e 3 Tastschalter Function zur Auswahl der Funktionen Rampe S gezahn Manuelle Ansteuerung oder PC Ansteuerung 4 Tastschalter Oven on off zur Aktivierung der Heizung des Hg Ofens 5 Tastschalter Start Stop zur Aktivierung oder zum Beenden der Messung 6 9 polige D SUB Buchse RS 232 zum Anschluss des Betriebsger tes an die serielle Schnittstelle eines Computers 7 4mm Buchsen Paar U l4 Analog Ausgang Y Spannung proportional zum Anodenstrom 8 4mm Buchsen Paar U U1 Analog Ausgang X Spannung proportional zur Be schleunigungsspannung U1 09105 99 1204 13 r DIN Buchse zur Spannungsversorgung Up U1 U2 und U3 der angeschlossenen R hre GND Anschluss BNC Buchse I Eingang zur Messung des Anodenstroms Temperatureingang T Thermoelement Buchse an die ein NiCr Ni Thermo element mit DIN Stecker Typ K angeschlossen wer den kann Drehknopf zur Einstellung von Temperatur Thom und Spannungen Up U1 U2 und
26. rote LED oberhalb des Tastschalters 4 nicht mehr blinkt D Mit dem Tastschalter 3 Manuell einstellen Mit dem Tastschalter 5 die Messung starten 09105 99 1204 Versuch mit Ne R hre Hier ist keine Heizung notwendig A Komponenten wie in 3 2 beschrieben verbinden Mittels Netzschalter Betriebsger t einschalten B Mit dem Tastschalter 2 und Drehknopf 13 folgende Parameter einstellen die Soll Temperatur nicht erforderlich Up 7 5 0 5 V U1 0 99 9 V U2 8 1 V U3 2 1 V C Mit dem Tastschalter 3 Manuell einstellen Mit dem Tastschalter 5 die Messung starten Ein typisches Bild der Leuchtschichten bei Ne Rohr ist in Abb 3 zu sehen Die sichtbaren Leuchtschichten Wellen l nge betr gt ca 640 nm und entspricht etwa 2 eV entste hen wenn die durch Elektronenst e angeregten Ne Atome aus den 3p Zust nden ca 19 eV ber die 3s Zust nde ca 17 eV wieder in den Grundzustand bergehen Abb 3 Franck Hertz Experiment mit Ne R hre F nf typische Leuchtschichten PHYWE 3 2 2 _Versuchsdurchf hrung mit dem Oszilloskop Versuch mit Hg R hre A Komponenten wie in 3 2 beschrieben verbinden Mittels Netzschalter Betriebsger t einschalten B Mit dem Tastschalter 2 und Drehknopf 13 folgende Parameter einstellen Soll Temperatur Thom 175 10 C U 6 3 0 5 V U1 0 60 V U2 2 0 0 5 V U3 ist f r die Hg R hre nicht
27. se Anschlussspannung 6 10 siehe Typenschild Netzfrequenz 50 60 Hz Leistungsaufnahme ca 600 W Maximaltemperatur 300 C Geh usema e mm ca 153 x 153 x 325 Masse ca 2kg 6 MATERIAL A Franck Hertz Experiment mit Hg R hre ohne PC Franck Hertz Betriebsger t 09105 99 Franck Hertz Hg R hre 09105 10 Franck Hertz Ofen 09105 93 bzw 09105 90 Thermoelement NiCr Ni 13615 01 bzw 13615 02 Verbindungskabel f r Hg R hre 09105 30 BNC Kabel 750 mm 07542 11 B Franck Hertz Experiment mit PC Wie in A und zus tzlich RS 232 Datenkabel mit Ferrit 14602 00 Franck Hertz Software 14522 61 09105 10 1204 7 GARANTIEHINWEIS F r das von uns gelieferte Ger t bernehmen wir innerhalb der EU eine Garantie von 24 Monaten au erhalb der EU von 12 Monaten sie umfasst nicht den nat rlichen Verschlei sowie M ngel die durch unsachgem e Behandlung entste hen Der Hersteller kann nur dann als verantwortlich f r Funktion und sicherheitstechnische Eigenschaften des Ger tes betrachtet werden wenn Instandhaltung Instandsetzung und nderungen daran von ihm selbst oder durch von ihm aus dr cklich hierf r erm chtigte Stellen ausgef hrt werden 8 ENTSORGUNG Die Verpackung besteht berwiegend aus umweltvertr gli chen Materialien die den rtlichen Recyclingstellen zuge f hrt werden sollten Entsorgungsm glichkeiten f r das ausgediente Ger t erfah ren Sie bei Ihrer Gemeinde bzw Stadtverwaltun
28. und Praktikumsger te Um eine f r den Versuch hin reichende Dampfdichte des Quecksilbers zu erhalten muss die R hre erw rmt werden Hierzu wird sie in den Heizofen eingebracht Der Verlauf der Abh ngigkeit des Anodenstroms von der angelegten Beschleunigungsspannung liefert den Nachweis der diskreten Energieabgabe freier Elektronen beim Zusam menstoss mit Hg Atomen Die Anregungsenergie dieser Atome l sst sich aus den aufgezeichneten Spektren bestim men Mit Hilfe des Franck Hertz Versuchs nach James Franck und Gustav Hertz von 1913 14 wurde das von Bohr postulierte Schalenmodell des Atoms experimentell best tigt 3 HANDHABUNG 3 1 Heizofen Der Heizofen wird ber die mitgelieferte Ger teschnur mit hit zebest ndigem Stecker an das Wechselstromnetz ange schlossen ein Betrieb mit Gleichspannung ist nicht zul ssig Vor der Erstbenutzung ist das Ger t bei h chster Einstellung f r ca 10 Minuten aufzuheizen Hierdurch werden fl chtige Bestandteile abgeraucht Ein Einatmen des Rauches ist unter allen Umst nden zu vermeiden 3 1 1 Wenn der Ofen an das Franck Hertz Betriebsger t 09105 99 angeschlossen ist siehe Abb 2 dann ist der seit lich angebrachte Stellknopf der Temperaturregelung auf Maximum einzustellen Denn die Ofentemperatur wird durch das Franck Hertz Betriebsger t automatisch geregelt 3 1 2 Ohne das Franck Hertz Betriebsger t kann die Ofentemperatur auch manuell durch Drehen des Stellknopfes variiert werden
29. w kann das Ger t beeinflusst werden so dass es nicht mehr innerhalb der spezifizierten Daten arbeitet Folgende Ma nahmen vermindern bzw beseitigen den st renden Einfluss Teppichboden meiden f r Potentialausgleich sorgen Experimentieren auf einer leitf higen geerdeten Unterlage Verwendung von Abschirmungen abgeschirmter Kabel 09105 99 1204 Hochfrequenzsender Funkger te Mobiltelefone nicht in unmittelbarer N he betreiben Nach einem Totalausstieg durch Bet tigung des Netzschalters einen Reset durch f hren Dieses Ger t entspricht der Klasse A Gruppe 1 der Norm EN 55011 und darf nur au erhalb von Wohnbereichen unein geschr nkt betrieben werden Sollten trotz Beschr nkung des Einsatzes auf den Fachraum einer Schule oder einer anderen Ausbildungsst tte im umgebenden Wohnbereich elektromagnetische St rungen auftreten so kann vom Betreiber verlangt werden angemessene Ma nahmen z B Abschirmung gro er Abstand kurze Betriebsdauer durch zuf hren und daf r aufzukommen Bei Verwendung des Franck Hertz Ofens 09105 93 90 ist die Betriebsanleitung dieses Ger tes zu beachten Achtung Ein Sicherungswechsel darf nur im stromlosen Zustand Netzstecker ziehen erfolgen Dabei ist zu beach ten dass die Sicherungen Werte siehe Typenschild den jeweiligen Sicherungshaltern FU1 und FU2 zugeordnet wer den Sie d rfen auf keinen Fall verwechselt werden Die defekte Sicherung kann nach dem L sen der Sic
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