프랑크헤르츠이론보고서[1]

제 목 : 프랑크 헤르츠 실험

실험 목적

1914년 프랑크와 헤르츠가 수은 기체에 전자를 충돌시켜서 수은의 에너지 상태가 양자화 되어 있는 것을 확인한 실험을 재연 하는 것으로서 이 실험을 통하여 에너지준위와 여기에너지, 탄성충돌등의 개념을 익히고 원자의 양자화, 즉 에너지준위 불연속성을 확인해보자.

이 론

1900년대에 들어와서 원자의 구조에 대한 연구가 활발하게 이루어 졌으며, 원자 모델에 대한 여러가지 가설들이 제안되었고 바로 실험에 의하여 확인되었다. 1910년대 초반에 러더퍼드(Rutherford)에 의하여 규명된 원자의 모형은, 태양계에서 태양을 중심으로 하여 여러 행성들이 돌고 있는 것처럼, 무겁고 양전하를 띄고 있는 원자핵을 중심으로 하여 전자가 돌고 있다는 것이다. 그러나 그 당시에 이미 완전히 정립되어 의심할 여지가 없는 전자기학 이론에 따르면 궤도를 돌고 있다는 전자는 안정된 상태로 존재할 수가 없어서 불과 10-7초 이내에 핵에 포획되어 버린다는 문제점이 생겼다.
1913년 보어(Bohr)가 원자의 결합 상태에 대한 양자화 가설을 내놓아 이러한 문제점을 피해나갔고, 이전에 실험적으로 잘 알려졌던 원자의 방출, 흡수 스펙트럼에 대해 완전하게 설명을 할 수 있었던 것이다. 핵 주위를 돌고 있는 전자가 가질 수 있는 에너지는 연속적이 아닌 띄엄띄엄한 값이라는 결과는 지금까지의 사고방식에 일대 전환을 가져오게 하였다. 원자의 세계는 고전역학으로 설명을 할 수 없어서, 전혀 새로운 체계의 접근 방식이 필요하게 되었고 양자역학이 만들어졌다.

① 보어의 원자 모형
보어는 전자가 무겁고 양으로 대전된 핵 주위를 돌고 있다고 가정했다. 보어가 처음 한 것처럼 문제를 단순화하기 위하여 전자의 궤도를 타원이기보다 원궤도이고 핵의 질량은 전자의 질량보다 너무 커서 거의 무한대로 취급해도 좋다고 가정하자. 전자는 -e의 전하와 질량 m을 가지고 +e의 전하를 가진 핵 주위를 반지름 a인 원궤도로 돌고 있다. 핵의 크기는 반지름 a에 비해 매우 작다.

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