Doświadczenie Francka-Hertza...

[Alek]

... a tyratrony.
W oryginalnym eksperymencie użyto co prawda tyratronu rtęciowego. Powstaje jednak pytanie, czy ten numer przejdzie z tyratronem ksenonowym TG0,1/1,3.
Pytanie to kieruję tak naprawdę do Jasia

[Vault_Dweller]

A to nie jest przypadkiem TГ3/0.1/1.3? Małe heptalowe licho z żarzoną katodą?

[Alek]

Tak, to właśnie taki tyratron- przecież to to samo. Robiony był także w Polsce przez Dolam.

[Jasiu]

Czołem.

... a tyratrony.
W oryginalnym eksperymencie użyto co prawda tyratronu rtęciowego. Powstaje jednak pytanie, czy ten numer przejdzie z tyratronem ksenonowym TG0,1/1,3.
Pytanie to kieruję tak naprawdę do Jasia

Czuję się wywołany do tablicy

Zarówno rtęć, jak i ksenon pochłania energię w kwantach, gaz zatem nie gra większej roli. Problem może być ze zbyt dużym ciśnieniem ksenonu i z zanieczyszczeniami innymi gazami (na przykład argonem). To precyzyjna robótka. Masz jakiś dokładny opis tego doświadczenia (taki by było napisane jakie było ciśnienie w lampie)?

Pozdrawiam,
Jasiu

[Alek]

No właśnie nie mam. I w tym sęk. Wydaje się, że w przypadku mieszaniny gazów, tak jak sugerowałeś np. domieszki argonu winno się uzyskać więcej wklęśnięć prądu (odpowiadające pochłanianiu energii przez argon i ksenon). To nie wydaje się problemem. Problemem wydaje się natomiast rzeczywiście ciśnienie gazu. W tym miejscu pozwolę sobie na mały żart klepsydrowy:
Po krótkim działaniu śmiercią tragiczną odszedł tyratron TG 0,1/1,3.
Przez nieuwagę eksperymentatora spaliła się siatka pierwsza...
Zaszło to przy napieciu +12V, podanego na siatkę pierwszą.
Może warto spróbować czegoś innego: przeprowadzić to doświadczenie z tyratronem rtęciowym. Niestety, nie mam takiego:(.

[Romekd]

Może eksperyment z tyratronem ksenonowym udałoby się przeprowadzić przy obniżonym napięciu żarzenia. Poziom napięcia zasilającego żarnik można by spróbować obniżyć do wartości przy którym prąd emisyjny katody byłby na tyle niski aby nie uszkodzić siatki sterującej przy podaniu na nią wyższego napięcia. Niestety nie posiadam żadnego tyratronu aby móc to sprawdzić
Szkoda że na stronach internetowych opisujących doświadczenie Francka-Hertza skupiono się jedynie na wynikach eksperymentu całkowicie pomijając szczegóły techniczne dotyczące sposobu jego realizacji.
Pozdrawiam
Romek.

[Alek]

Tak, zgadzam się co do internetowych opisów tego doświadczenia. W ksiażkach to też jest bardzo skromnie opisane.
Próbowałem taki numer z obniżonym żarzeniem zrobić. Niestety, nie zaobserwowałem tak naprawdę tego, co chciałem zobaczyć .

Chciałem zrobić ten eksperyment w ramach szykowanego przeze mnie nieco szerszego artykułu do EP o dydaktycznym wykorzystaniu lamp elektronowych w eksperymentach fizycznych. Wydaje mi się bowiem, że w szkole średniej można by było w ramach lekcji fizyki parę ciekawych rzeczy pokazać. Na przykład bardzo ładnie wyszło mi wyznaczenie stosunku e/m elektronu za pomocą oczka magicznego EM80

Ponieważ jednak z tym tyratronem nic nie wyszło, postanowiłem temat doswiadczenia Francka-Hertza wrzucić na forum.

[Jasiu]

Czołem.

No właśnie nie mam. I w tym sęk.

Warto zajrzeć do książek Szczepana Szczeniowskiego (popularna "Fizyka doświadczalna", pięć tomów - tam czasami bywają takie rzeczy). Druga możliwość to "Fizyka laboratoryjna" Kollrauscha (chyba jakoś tak się go pisze...). Rzadka, ale mam w pracy - jutro mogę spojrzeć. Zawsze można dotrzeć do oryginalnego opisu doświadczenia - powinien być w co lepszych bibliotekach unowersyteckich, choć może być trudno znaleźć.

Wydaje się, że w przypadku mieszaniny gazów, tak jak sugerowałeś np. domieszki argonu winno się uzyskać więcej wklęśnięć prądu (odpowiadające pochłanianiu energii przez argon i ksenon).

Tego bym się właśnie obawiał - gdy wklęśnięcia będą nachodziły na siebie, to nic nie zobaczysz.

Pozdrawiam,
Jasiu

[Romekd]

Szkoda Alku że nic Ci nie wyszło z tych eksperymentów. Sam byłem bardzo ciekaw rezultatów tych badań. Być może w doświadczeniu ważnym czynnikiem jest ciśnienie gazu i geometryczny układ elektrod lampy lub też zjawisko wahań prądu łatwiej zaobserwować w przypadku zastosowania par rtęci niż mieszaniny szlachetnych gazów. No szkoda
Spróbuje jeszcze poszperać w necie i jeżeli znajdę coś interesującego to dorzucę do wątku.

Mnie natomiast kusi żeby zrobić eksperyment polegający na próbie przekształcenia wysokonapięciowej triody regulacyjnej GP-5 zasilanej wysokim napięciem (regulowanym do ponad 60kV) przy obniżonym napięciu żarzenia w lampę rentgenowską. Wykonałem juz nawet odpowiedni zasilacz W.N. i jeżeli tylko czas mi na to pozwoli to przeprowadzę kilka doświadczeń (oczywiście z zachowaniem odpowiedniej ostrożności).

Pozdrawiam,
Romek

[Alek]

Uważaj Romku . Mam nadzieję, że masz wystarczajaco dużo ołowiu . Byłoby przykro zostać wysterylizowanym przez lampę GP5 .
Swoją drogą mam w domu lampę rentgenowską, którą wyjąłem przed wyrzuceniem rentgena po mojej babci. Żal było troszkę wyrzucać ten sprzęt, wyprodukowany w Niemczech chyba w latach wojny. Ale nie było gdzie trzymać a żadne muzeum tego nie chciało . Fonaru wtedy jeszcze nie znałem lub jeszcze go nie było.

P.S wpadłem chyba jak mogę inaczej przeprowadzić mój eksperyment...
Może nawet zaraz to sprawdzę.

[Romekd]

Dziękuję Alku za ostrzeżenie Coś tam na pewno wymyślę żeby się zabezpieczyć. Zresztą ten mój zasilacz wysokiego napięcia ma wydajność prądową zaledwie 1mA przy 60kV, więc to promieniowanie też raczej nie będzie za silne, o ile w ogóle jakieś wystąpi
Ciekaw jestem co ciekawego wymyśliłeś z tym doświadczeniem Francka-Hertza...
Pozdrawiam,
Romek

[Alek]

Śpieszę z odpowiedzią.
Pierwej jednak o Twoim pomyśle. 1mA przy 60kV to jest już całkiem dużo. Rentgen-krowa po mojej babci żarł według instrukcji chyba z 10mA przy 60kV. Trzeba jednak wiedzieć, że ten rentgen mógł robić praktycznie wszystko-łącznie z prześwietleniem płuc, zatok i kończyn. Nie był więc tylko do zębów. Wedle notatek babci do prześwietlenia zębów trzeba było nastawić czas 3 sekundy. To odpowiada zatem 30 miliamperosekundom. Dotyczyło to prymitywnej techniki zdjęć bez użycia folii wzmacniających i przy kliszach pewno niezbyt czułych.
Współczesne rentgeny do zębów pracują zdaje się przy napięciu 45kV i prądzie właśnie rzędu 1-2mA (mogę źle pamiętać, ale raczej niewiele się mylę) przy czasie naświetlania raczej nie przekraczającym sekundy. Podczas prześwietleń ciągłych podczas operacji w lampie RTG płynie prąd rzędu 0,2-0,5mA (przy napięciu rzędu 60kV).

Coraz bardziej dowierzam Jasiowi z tym ciśnieniem. Może prawdopodobieństwo zderzenia z atomem gazu jest zbyt duże (lub zbyt małe)...

Co do mojego pomysłu:
Otóż wykoncypowałem, że tyratron TG0,1/1/3 jest dwusiatkowy. Wpadłem więc na pomysł, by między katodę i siatkę pierwszą dać baterię o niewielkim napięciu i szeregowo spory opornik. W ten sposób uzyskam niewielkie przyspieszenie elektronów emitowanych z katody i niewielki prąd katody. Pomysł jest taki, by przyspieszać elektrony między siatką pierwszą a drugą i obserwować prąd między anodą a siatką drugą (tam musi być mała bateria skierowana minusem do anody). Przeprowadzony jednak wczoraj eksperyment nic nie dał-to znaczy nie dało się zaobserwować żadnego prądu w obwodzie anody. Możliwe, że ten prąd jest bardzo słaby (poniżej 1mikroampera) lub mój pomysł jest niewiele wart.

[Romekd]

Witam.
Zgadzam się z Tobą Alku że moc 60W z mojego zasilacza W.N. może wydawać się dużą, ale lampa rentgenowska ma bardzo niewielka sprawność energetyczną mimo specjalnej konstrukcji elektrod, a zastosowana przeze mnie GP-5 w tym zastosowaniu pewnie jeszcze o kilka rzędów wielkości mniejszą, więc nawet trudno powiedzieć czy owo promieniowanie w ogóle wystąpi na mierzalnym poziomie. Ponadto zasilacz będzie regulowany, a ja uzbroję się w czułe detektory promieniowania i w razie niepokojących odczytów błyskawicznie eksperyment przerwę.
Ciekaw jestem czy dysponujesz może zdjęciem posiadanej lampy rentgenowskiej?

Wracając do Francka-Hertza to prawdopodobnie ciśnienie może tu odgrywać decydującą rolę na powodzenie doświadczenia. Przy zbyt dużym ciśnieniu gazu energia jaką uzyskają elektrony w polu
elektrycznym wytwarzanym przez siatkę może okazać się zbyt mała i wyniku zderzeń z kolejnymi atomami gazu ulega rozproszeniu (zamianie na ciepło?), więc być może nie daje się jej wykryć na anodzie bez przyłożenia do niej wyższego potencjału dodatniego.
Chyba najlepiej poczekajmy na opinię Jasia.
Pozdrawiam,
Romek

[Jasiu]

Coraz bardziej dowierzam Jasiowi z tym ciśnieniem. Może prawdopodobieństwo zderzenia z atomem gazu jest zbyt duże (lub zbyt małe)...

Prawdopodobieństwo musi być znaczne, z tego powodu w oryginalnym doświadczeniu była duża odległość pomiędzy katodą a kolektorem. Ciśnienie par rtęci w oryginalnym doświadczeniu można oszacować z temperatury - około 150 stopni C. Nie mam tu tabeli prężności par rtęci, ale nie sądzę, by była zbyt duża - kilka, najwyżej kilkanaście Tr. Jeżeli zwiększysz ciśnienie, to zmniejszy się prąd płynący przez lampę, jeżeli zmniejszysz, to "dołki" prądu będą małe i trudne do zaobserwowania. Myślę, że nawet przy ciśnieniu atmosferycznym można by coś zoabserwować, ale prądy będą naprawdę maleńkie.

Co do mojego pomysłu:
Otóż wykoncypowałem, że tyratron TG0,1/1/3 jest dwusiatkowy. Wpadłem więc na pomysł, by między katodę i siatkę pierwszą dać baterię o niewielkim napięciu i szeregowo spory opornik. W ten sposób uzyskam niewielkie przyspieszenie elektronów emitowanych z katody i niewielki prąd katody. Pomysł jest taki, by przyspieszać elektrony między siatką pierwszą a drugą i obserwować prąd między anodą a siatką drugą (tam musi być mała bateria skierowana minusem do anody). Przeprowadzony jednak wczoraj eksperyment nic nie dał-to znaczy nie dało się zaobserwować żadnego prądu w obwodzie anody.

Wydaje mi się, że problemem jest też duża odległość od siatke drugiej do anody.

Możliwe, że ten prąd jest bardzo słaby (poniżej 1mikroampera) lub mój pomysł jest niewiele wart.

Prawie na pewno jest dużo mniejszy - przypuszczam, że rzędu co najwyżej nA. W warunkach amatorskich najlepiej zmierzyć taki prąd przetwornikiem prąd napięcie. Potrzebny jest dobry wzmacniacz operacyjny z wejściem FET (robią takie Burr-Brown i Analog Devices). Na przykład OPA129. MOS-FETowe wzmacniacze są dużo gorsze - mają dużą pojemność wejściową i lubią być w tym układzie niestabilne (choć w końcu i to można skompensować). Łączysz między wejście odwracaiące a masę opornik rzędu 100MOhm. Wejście nieodwracające na masę, sygnał na odwracające. Z dobrym wzmacniaczem (i większym opornikiem) da się tak mierzyć poniżej pikoampera. Oczywiście kłopoty z przydźwiękiem i różnymi innymi zakłóceniami są gustowne - sygnały są tysiące (albo i miliony) razy mniejsze niż na przykład w gitarowcach. Jak opornik ma 10^12 Ohma, to wystarczy go dotknąć paluchem by zabrudzić prawie nieodwracalnie...

Pozdrawiam,
Jasiu

[Alek]

Obiecałem zdjęcie lampy rentgenowskiej. Jest w załączniku.