Franck-Hertz-Versuch - Neon #98

Chalupar commented 2022年04月20日 12:31:47 +02:00

Neon-Gas

Toll, das das schon umgesetzt ist. Ich merke aber, dass ich mir noch mehr wünsche und es komplizierter ist als gedacht.

Wunsch: Kann man einen Schalter einbauen "UV-Licht" anzeigen.
-> Ohne den würde man bei Hg gar nichts sehen
-> Bei Neon würde man dann folgendes beobachten:
a) Ab ca. 16,6eV erscheinen vereinzelte UV-Anregungen - mit einer geringen Anregungswahrscheinlichkeit.
b) Ab ca. 18,6eV erscheinen viele Anregungen (hohe Anregungswahrscheinlichkeit), die zum einen im roten sichtbaren bereich leuchten und genauso viele UV-Anregungen.
Hintergrund:
Bei Neon wird vom 2s-Niveau auf das 3s (mehrere Stufen zw. 16,6 und 16,9eV) und das 3p-Niveau (mehrere Stufen zw. 18,4 und 19,0eV) angeregt. Die Anregung in das 3p-Niveau ist deutlich wahrscheinlicher (quantitativ weiß ich das nicht), als die Anregung in das 3s-Niveau. Bei einer Anregung ins 3p-Niveau relaxieren die Elektronen nie direkt, sondern immer 3p->3s-2s, d.h. über das sichtbare Licht+das UV-Licht.
Ein gutes Bild mit Energie-Niveau-Schema findet man unter: https://www.ld-didactic.com/software/524221de/Content/ExperimentExamples/Physics/AtomicAndNuclearPhysics/FranckHertzNe.htm

Stromwerte:
Nun hat das Auswirkungen auf das u-I-Diagramm: Die Maxima liegen bei ca. 18,2eV - zwischen dem 3s und 3p-Niveau. D.h. das Maximum wird von ca. 18,6eV etwas nach vorne verschoebn - durch die nicht sehr wahrscheinlichen Anregungen ins 3s-Niveau bei ca. 16,6eV (was für sich allein genommen noch keinen Abfall der Kurve ergibt.) Nachzulesen unter dem obigen Link am Ende der Seite.
Ob dieser kleine Effekt in der Simulation niederschlag finden sollte wäre zu diskutieren...

Neon-Gas Toll, das das schon umgesetzt ist. Ich merke aber, dass ich mir noch mehr wünsche und es komplizierter ist als gedacht. Wunsch: Kann man einen Schalter einbauen "UV-Licht" anzeigen. -> Ohne den würde man bei Hg gar nichts sehen -> Bei Neon würde man dann folgendes beobachten: a) Ab ca. 16,6eV erscheinen vereinzelte UV-Anregungen - mit einer geringen Anregungswahrscheinlichkeit. b) Ab ca. 18,6eV erscheinen viele Anregungen (hohe Anregungswahrscheinlichkeit), die zum einen im roten sichtbaren bereich leuchten und genauso viele UV-Anregungen. Hintergrund: Bei Neon wird vom 2s-Niveau auf das 3s (mehrere Stufen zw. 16,6 und 16,9eV) und das 3p-Niveau (mehrere Stufen zw. 18,4 und 19,0eV) angeregt. Die Anregung in das 3p-Niveau ist deutlich wahrscheinlicher (quantitativ weiß ich das nicht), als die Anregung in das 3s-Niveau. Bei einer Anregung ins 3p-Niveau relaxieren die Elektronen nie direkt, sondern immer 3p->3s-2s, d.h. über das sichtbare Licht+das UV-Licht. Ein gutes Bild mit Energie-Niveau-Schema findet man unter: https://www.ld-didactic.com/software/524221de/Content/ExperimentExamples/Physics/AtomicAndNuclearPhysics/FranckHertzNe.htm Stromwerte: Nun hat das Auswirkungen auf das u-I-Diagramm: Die Maxima liegen bei ca. 18,2eV - zwischen dem 3s und 3p-Niveau. D.h. das Maximum wird von ca. 18,6eV etwas nach vorne verschoebn - durch die nicht sehr wahrscheinlichen Anregungen ins 3s-Niveau bei ca. 16,6eV (was für sich allein genommen noch keinen Abfall der Kurve ergibt.) Nachzulesen unter dem obigen Link am Ende der Seite. Ob dieser kleine Effekt in der Simulation niederschlag finden sollte wäre zu diskutieren...

tk100 commented 2022年04月21日 19:02:39 +02:00

Die App lebt von der didaktischen Reduktion... je genauer das abgebildet wird, desto unübesichtlicher wird es ;-)

Ich sitze schon fast drei Stunden dran, grundsätzlich klappt es ... aber

1. Es kann schlecht dargestellt werden, wenn UV und sichtbares Licht gleichzeitig abgestrahlt werden. (zwei überlagernde Kreise mit verschiedenen Farben sind schon recht komplex)

2. Schwächere System kommen "ins Ruckeln", da der Rechenaufwand bei mehreren möglichen Anregungen, bei denen auch noch mehrere Photonen entstehen, deutlich größer ist.

Daher werde ich dieses Feature leider nicht umsetzen. Das Neon Gas in der starken didaktischen Vereinfachung würde ich aber gerne behalten. Wie siehst du das?

Die App lebt von der didaktischen Reduktion... je genauer das abgebildet wird, desto unübesichtlicher wird es ;-) Ich sitze schon fast drei Stunden dran, grundsätzlich klappt es ... aber 1) Es kann schlecht dargestellt werden, wenn UV und sichtbares Licht gleichzeitig abgestrahlt werden. (zwei überlagernde Kreise mit verschiedenen Farben sind schon recht komplex) 2) Schwächere System kommen "ins Ruckeln", da der Rechenaufwand bei mehreren möglichen Anregungen, bei denen auch noch mehrere Photonen entstehen, deutlich größer ist. Daher werde ich dieses Feature leider nicht umsetzen. Das Neon Gas in der starken didaktischen Vereinfachung würde ich aber gerne behalten. Wie siehst du das?

tk100 commented 2022年04月23日 18:52:58 +02:00

... eben ist mir noch eine andere Lösung eingefallen, die weniger Performance kostet und den Versuch mit Hg in der Darstellung nicht komplexer macht.

Bitte testen unter: https://www.kippenbergs.de/app/mint-franckhertz

... und noch eine Frage / Bitte: Könntest du dir vorstellen, auch den Infotext zu prüfen? Bei Interesse schalte ich dich auch gerne frei, so dass du es direkt hier ändern kannst:

https://codeberg.org/MintApps/client/src/branch/main/src/mint/md/franckhertz-de.md

... eben ist mir noch eine andere Lösung eingefallen, die weniger Performance kostet und den Versuch mit Hg in der Darstellung nicht komplexer macht. Bitte testen unter: https://www.kippenbergs.de/app/mint-franckhertz ... und noch eine Frage / Bitte: Könntest du dir vorstellen, auch den Infotext zu prüfen? Bei Interesse schalte ich dich auch gerne frei, so dass du es direkt hier ändern kannst: https://codeberg.org/MintApps/client/src/branch/main/src/mint/md/franckhertz-de.md

Chalupar commented 2022年04月24日 09:47:33 +02:00

Wow, du bist wahnsinnig schnell. Ich wollte dir schon antworten, ob nicht ein Schalter um zwischen UV-sichbarkeit (und nur UV und kein VIS) und und VIS-sichtbarkeit (ohne UV) das Problem beheben könnte, aber du warst schneller.

Also das mit den Uv und vis-Anregungen klappt super! Schaut gut aus. Sogar die komplexeren 2. Anregungen scheinen zu funktionieren. Wenn man lange wartet, dann sieht man UV-Anregungen bei 2x16,6V und man sieht VIS bei 16,6V+18,4V und bei 2x18,4V – wobei man den örtlichen Unterschied (also die Lage in der Röhre) nicht so genau ausmachen kann. Was ich ganz gut finde. Das kann man mit den SuS super diskutieren.

Auch den Info-Text finde ich super. Klar formuliert, gut verständlich.

Das Amperemeter mach mir allerdings noch Sorgen: Die Stromstärke hat ihren Peak schon bei 16,6V nicht erst bei 18,4V.

Bei der Simulation/dem Faken des Diagramms weiß ich nicht, ob ich dir da helfen kann. Das stelle ich mir komplex vor. Auch solche Einflüsse wie ein Erhöhen der Gegenspannung (führt zum Absinken der Minima/schärferen Peaks) zu berücksichtigen.... Klingt nach viel Arbeit, wenn du das neu aufsetzt.

Wow, du bist wahnsinnig schnell. Ich wollte dir schon antworten, ob nicht ein Schalter um zwischen UV-sichbarkeit (und nur UV und kein VIS) und und VIS-sichtbarkeit (ohne UV) das Problem beheben könnte, aber du warst schneller. Also das mit den Uv und vis-Anregungen klappt super! Schaut gut aus. Sogar die komplexeren 2. Anregungen scheinen zu funktionieren. Wenn man lange wartet, dann sieht man UV-Anregungen bei 2x16,6V und man sieht VIS bei 16,6V+18,4V und bei 2x18,4V – wobei man den örtlichen Unterschied (also die Lage in der Röhre) nicht so genau ausmachen kann. Was ich ganz gut finde. Das kann man mit den SuS super diskutieren. Auch den Info-Text finde ich super. Klar formuliert, gut verständlich. Das Amperemeter mach mir allerdings noch Sorgen: Die Stromstärke hat ihren Peak schon bei 16,6V nicht erst bei 18,4V. Bei der Simulation/dem Faken des Diagramms weiß ich nicht, ob ich dir da helfen kann. Das stelle ich mir komplex vor. Auch solche Einflüsse wie ein Erhöhen der Gegenspannung (führt zum Absinken der Minima/schärferen Peaks) zu berücksichtigen.... Klingt nach viel Arbeit, wenn du das neu aufsetzt.

tk100 commented 2022年04月24日 13:56:57 +02:00

"Das Amperemeter mach mir allerdings noch Sorgen: Die Stromstärke hat ihren Peak schon bei 16,6V nicht erst bei 18,4V."

Ich habe eben die Wsk. für die erste Anregung in Ne halbiert, dadurch sollte es realistischer werden. Könntest du evtl. nochmals prüfen bitte?

"Das Amperemeter mach mir allerdings noch Sorgen: Die Stromstärke hat ihren Peak schon bei 16,6V nicht erst bei 18,4V." Ich habe eben die Wsk. für die erste Anregung in Ne halbiert, dadurch sollte es realistischer werden. Könntest du evtl. nochmals prüfen bitte?

Chalupar commented 2022年04月26日 10:14:48 +02:00

Es ist immer noch so, dass ab 16,6V die Stromstärke absinkt.
-> Kannst du noch einmal die Wahrscheinlichkeit für die Anregung ins 3s-Niveau verringern? Ich würde sie gefühlt nochmal auf ein drittel des jetzigen Werts setzen (weil man wirklich noch einen meklichen Rückgang sieht. von 27 skt bei 16,5V auf 16 Skt bei 18V und einer Gegenspannung von 2V)

Es ist immer noch so, dass ab 16,6V die Stromstärke absinkt. -> Kannst du noch einmal die Wahrscheinlichkeit für die Anregung ins 3s-Niveau verringern? Ich würde sie gefühlt nochmal auf ein drittel des jetzigen Werts setzen (weil man wirklich noch einen meklichen Rückgang sieht. von 27 skt bei 16,5V auf 16 Skt bei 18V und einer Gegenspannung von 2V)

tk100 commented 2022年04月26日 17:50:43 +02:00

Gerne, ich habe die Wsk. jetzt noch mal um den Faktor 4 reduziert. Könntest du bitte nochmals testen? Bei Bedarf gehe ich auch noch weiter runter :-)

Gerne, ich habe die Wsk. jetzt noch mal um den Faktor 4 reduziert. Könntest du bitte nochmals testen? Bei Bedarf gehe ich auch noch weiter runter :-)

Chalupar commented 2022年04月27日 21:03:52 +02:00

Mann, Mann, Mann, reicht immer noch nicht ganz. Jetzt geht es nur noch leicht runter - aber dennoch: es hat das Maximum noch ein bisschen zu früh. Ein bisschen würde ich noch runtergehen.
Man sieht aber ejtzt schon schön, wie viel weniger Wahrscheinlich die reinen UV-Kollisionen sind. Gefällt mir gut.
Dann ist mir noch aufgefallen, dass man den grob quadratischen Anstieg der Stromstärke in der Simulation nicht erkennen kann. Die Maxima unterscheiden sich nicht so stark in ihrer Höhe voneinander. Das halte ich aber für vertretbar...

Mann, Mann, Mann, reicht immer noch nicht ganz. Jetzt geht es nur noch leicht runter - aber dennoch: es hat das Maximum noch ein bisschen zu früh. Ein bisschen würde ich noch runtergehen. Man sieht aber ejtzt schon schön, wie viel weniger Wahrscheinlich die reinen UV-Kollisionen sind. Gefällt mir gut. Dann ist mir noch aufgefallen, dass man den grob quadratischen Anstieg der Stromstärke in der Simulation nicht erkennen kann. Die Maxima unterscheiden sich nicht so stark in ihrer Höhe voneinander. Das halte ich aber für vertretbar...

tk100 commented 2022年04月28日 17:01:24 +02:00

Ja, das ist echt tricky :-) Ich habe die Wsk. eben nochmals halbiert.
Bezüglich des Anstiegs - ich vermute, dass der bei der Simulation anders ausfällt, da ich ja nur 2 Dimensionen simuliere und die dritte fehlt.
Könntest Du bitte nochmals testen ? Danke!

Ja, das ist echt tricky :-) Ich habe die Wsk. eben nochmals halbiert. Bezüglich des Anstiegs - ich vermute, dass der bei der Simulation anders ausfällt, da ich ja nur 2 Dimensionen simuliere und die dritte fehlt. Könntest Du bitte nochmals testen ? Danke!

tk100 commented 2022年05月04日 08:45:46 +02:00

Ich schließe dieses Ticket nun - besser wird die Simulation hier leider nicht...

Ich schließe dieses Ticket nun - besser wird die Simulation hier leider nicht...