Как опыт Франка-Герца доказал справедливость теории Бора?

Опыт Франка-Герца, проведенный в 1914 году, стал прямым экспериментальным подтверждением постулатов Нильса Бора о дискретности энергетических состояний атома. Согласно второму постулату Бора, атом может находиться только в особых стационарных состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия \( E_n \). Переход атома из одного состояния в другое происходит скачкообразно, при этом атом поглощает или излучает строго определенную порцию энергии (квант). В опыте Франка-Герца через пары ртути пропускали пучок электронов, кинетическую энергию которых можно было изменять. Результаты опыта показали следующее: 1. Пока кинетическая энергия электронов \( E_k \) была меньше определенного порога (для ртути это \( 4,9 \) эВ), столкновения электронов с атомами были упругими. Электроны практически не теряли энергию, а сила тока в цепи росла. 2. Как только энергия электронов достигала значения \( E = 4,9 \) эВ, происходило резкое падение силы тока. Это означало, что столкновения стали неупругими: электроны отдавали свою энергию атомам ртути. 3. Атомы ртути не могли поглотить произвольное количество энергии. Они принимали только порцию, равную: \[ \Delta E = E_2 - E_1 = 4,9 \text{ эВ} \] где \( E_1 \) — энергия основного состояния, а \( E_2 \) — энергия первого возбужденного уровня. 4. После такого столкновения возбужденный атом возвращался в основное состояние, излучая фотон с энергией: \[ h\nu = E_2 - E_1 \] Экспериментально было зафиксировано свечение паров ртути именно на той частоте, которая соответствовала этой разности энергий. Таким образом, опыт Франка-Герца доказал, что внутренняя энергия атома меняется не непрерывно, а только определенными порциями (квантами), что полностью соответствует второму постулату Бора. Это открытие имело огромное значение для развития отечественной и мировой физики, подтвердив правильность квантовых представлений о строении материи.