FRANCK HERTZ DENEYİ (CIVA TÜPLÜ 1. BİLGİSAYAR

FRANCK HERTZ DENEYİ (CIVA TÜPLÜ
1. BİLGİSAYAR ORTAMINDA SONUÇ ALMAK İÇİN;
DENEYİN YAPILIŞI:
•
Şekil 6’dan Franck-Hertz kontrol ünitesinde 6 numaralı bilgisayar çıkışını RS 232
kablosuyla seri olarak bilgisayara bağlayınız.
•
Fonksiyon tuşundan PC ayarını seçiniz. Bilgisayar ortamında Franck-Hertz ölçüm
yazılımı sayesinde kontrol ünitesindeki tüm işlemler otomatik yönetildiğinden dışarıdan
hiçbir ölçüm ekipmanına ihtiyaç yoktur.
•
Franck-Hertz ölçüm programını çalıştırınız. Bu program otomatik olarak tüpünüzün civa
olduğunu algılayacaktır. Parametreler ise Şekil 8’ deki gibi tanımlanmalıdır.
•
Program manuel ya da otomatik olarak durdurma gerilimi U 2 ’ yi arttırıp azaltmanıza
imkan vermektedir. Şekil 9’ da farklı durdurma gerilimleri için F-H eğrileri
görülmektedir.
Şekil 8. Hg için Franck-Hertz Programının Ölçüm Parametreleri
45
Şekil 9. Hg için farklı durdurma gerilimlerinde bilgisayar ekranından gözlenen Franck-Hertz
eğrileri
46
2. MANUEL OLARAK VOLTMETRE İLE SONUÇ ALMAK İÇİN:
DENEYİN YAPILIŞI:
•
Deney düzeneği aşağıdaki şekildeki kurulu olarak size verilecektir (Şekil 5).
(Bu düzenekte bilgisayar yerine Franck-Hertz kontrol ünitesinde 7 numaralı çıkışına
volt okuyacak şekilde bir multimetre bağlanacaktır)
Şekil 5. Franck-Hertz deney düzeneği (Tüpün içinde Hg gazı vardır).
Bu deneyde kullanılacak olan Franck-Hertz Kontrol Ünitesi Şekil 6’ da verilmiştir.
47
Şekil 6. Franck-Hertz Kontrol Ünitesi
Kontrol ünitesinin düğmelerinin ve bağlantılarının işlevleri şu şekilde verilir:
1. Üç basamaklı dijital gösterge: Seçime göre T sıcaklığı, I A anot akımı, U H , U 1 , U 2 ,U 3
voltajlarını gösterir ve ayarlar.
2. "Display" butonu: Gösterge ile seçilebilecek nicelikler arasında geçiş sağlar.
3. "Function" butonu: Ölçümün bir kaydedici ile, osiloskop ile, manuel olarak ve bilgisayar
ile yapılmasını seçer.
4. "Oven on/off" butonu: Hg fırınını ısıtmak için açıp kapatır.
5. "Start/Stop" butonu: Ölçümü başlatıp bitirir.
6.
9-pin D-SUB soket RS 232: Kontrol birimini seri olarak bilgisayara bağlar.
7. "U~I A " 4mm soket çifti Analog çıkışı (Y): Anot akımı ile orantılı voltajı okumak için
kullanılır.(Bunun için bu çıkışa voltmetre bağlanır)
8. "U~U 1 " 4mm soket çifti Analog çıkışı (X): U 1 hızlandırma gerilimi ile orantılı voltajı
okumak için kullanılır. (Bunun için bu çıkışa voltmetre bağlanır)
9. DIN soketi: Tüpe bağlanarak, U H , U 1 , U 2 ve U 3 voltajlarını sağlar.
10. GND bağlantı ucu: Toprak bağlantı ucu
11. "I A " BNC soket: Anot akımı ölçmek için giriş
12. T sıcaklığı giriş ucu: Thermocouple için soket, bir NiCr-Ni Thermocouple DIN fiş (K
tipi) ile bağlanabilir.
13. Ayar düğmesi: T nom , U H , U 1 , U 2 ve U 3 değerlerini ayarlamak için kullanılır.
•
Franck-Hertz deneyine ait bağlantılar aşağıdaki gibidir.
48
Şekil 7. Franck-Hertz Deney Düzeneğinin Bağlantıları
•
Bu düzenekteki U H katottaki flamanın ısıtma gerilimidir. Flaman ısınınca yaydığı
elektronları hızlandırarak anota ulaştırmak için U 1 hızlandırma gerilim uygulanır. U 2 ise
durdurma gerilimidir ve devreye bağlantısı ters olarak yapılmıştır.
•
Franck-Hertz (F-H) tüpünün sıcaklığı deney boyunca yaklaşık 175˚ olmalıdır. Bunun için
F-H kontrol birimi kapalıyken, tüpün üzerindeki ayar düğmesini 8. kademeye getiriniz.
•
Aynı zamanda F-H kontrol biriminde oven tuşuna basıp, display tuşunu kullanarak
T nominal hedef sıcaklığını 180˚ ye ayarlayınız (tüpün eşik sıcaklığı 175˚ nin üzerindedir).
•
Yine display tuşundan, flamanın ısıtma gerilimi U H ’ ı 6.3 V’ a ve durdurma potansiyeli
U 2 ’ yi 2 V’ a ayarlayınız.
•
Daha sonra fonksiyon tuşundan manuel ayarını seçiniz, böylece sıcaklık değişimini
gözlemleyebilir ve hızlandırıcı gerilim (U 1 ) değerini 0 - 60 V aralığında
ayarlayabilirsiniz.
•
Gerçek sıcaklık değeri T act hedef sıcaklığı olan 180˚’ ye ulaştığında (yaklaşık 15 dk
sonra) start tuşuna basarak ölçümlerinizi almaya başlayınız.
•
F-H kontrol birimindeki düğmeyi çevirerek ayarladığınız hızlandırıcı gerilimlerine
karşılık, multimetreden okuduğunuz akım değerlerini Tablo 1’ e yerleştiriniz ve Hg
49
atomu için akım-voltaj (I A -U 1 ) grafiğini çiziniz. (Multimetreden okuduğunuz değer
aslında voltaj değeridir. Ama kontrol birimi içindeki çevirici devreden dolayı akım
karşılığı bulunabilir. Multimetreden 1V okumuşsanız bunun akım karşılığı 10 nA’
dir)
•
Grafiğinizi yorumlayınız ve bu grafiğe göre Hg atomu için ilk uyarılma voltajını
belirleyerek önemini vurgulayınız.
Tablo 1. Hızlandırma voltajına karşılık devreden geçen akım değerleri
U 1 (Volt)
I A (nA)
U 1 (Volt)
I A (nA)
U 1 (Volt)
5
19
29
5,5
19,5
29,5
6
20
30
6,5
20,5
30,5
7
18
31
7,5
18,5
31,5
8
18
32
8,5
18,5
32,5
9
19
33
9,5
19,5
33,5
10
20
34
10,5
20,5
34,5
11
21
35
11,5
21,5
35,5
12
22
36
12,5
22,5
36,5
13
23
37
13,5
23,5
37,5
14
24
38
14,5
24,5
38,5
I A (nA)
50
15
25
39
15,5
25,5
39,5
16
26
40
16,5
26,5
40,5
17
27
41
17,5
27,5
41,5
18
28
42
18,5
28,5
42,5
Deney düzeneğini kapatırken; tüpün sıcaklığını sıfıra getiriniz. Açık olan güç kaynaklarını
kapatınız.
EK:
Deneyinizi bilgisayar ortamında ve osiloskopla da yapabilirsiniz.
Osiloskop ekranından görüntü elde etmek için;
•
Şekil 6’dan Franck-Hertz kontrol ünitesinde 7 ve 8 çıkışlarını osiloskobun kanallarına
bağlayınız ve osiloskoptan XY işlem ayarını seçiniz.
•
F-H kontrol birimi kapalıyken, tüpün üzerindeki ayar düğmesini 8. kademeye getiriniz.
•
Fonksiyon tuşundan testere dişi ayarını seçiniz.
•
Daha sonra F-H kontrol biriminde oven tuşuna basıp, display tuşunu kullanarak T nominal
ve T act hedef sıcaklıkları 180˚ ye ayarlayınız (tüpün eşik sıcaklığı 175˚ nin üzerindedir).
•
Yine display tuşundan, flamanın ısıtma gerilimi U H ’ ı 6.3 V’ a ve durdurma potansiyeli
U 2 ’ yi 2 V’ a ayarlayınız. Hızlandırıcı gerilim olan U 1 ’ i maksimum değerine yani 60 V’
a ayarlayınız. Deney sırasında bu değer 0-60 V arasında otomatik olarak ayarlanacaktır.
•
Start tuşuna basarak gözleme başlayınız. Gözlem sırasında osiloskobun CH1 ve CH2
kanallarının genlik ve zaman düğmelerini uygun görüntü elde edene kadar ayarlayınız.
51
Şekil 10. Hg için osiloskop ekranından gözlenen Franck-Hertz eğrisi
52