Expérience de Franck-Hertz avec le mercure - Tracé avec l'oscilloscope

L’expérience est proposée en deux variantes, expériences P6.2.4.1 et P6.2.4.2, qui se différencient l’une de l’autre uniquement par le tracé et l’exploitation des données mesurées. Les atomes de mercure se trouvent dans une tétrode avec cathode, électrode de commande en forme de grille, grille d’accélération et collecteur. On règle à la cathode un courant d’émission approximativement constant avec l’électrode de commande. Il y a une tension inverse entre grille d’accélération et collecteur. Lorsque la tension accélératrice U entre la cathode et la grille d’accélération augmente, le courant de collecteur I suit de son mieux la caractéristique de la tétrode, après que la tension inverse a été dépassée. Dès que l’énergie cinétique des électrons suffit pour exciter les atomes de mercure par choc inélastique, les électrons ne peuvent plus atteindre le collecteur et le courant de collecteur diminue. Pour cette tension accélératrice, la zone d’excitation se trouve juste devant la grille d’accélération. Si l’on continue d’augmenter la tension accélératrice, la zone d’excitation migre vers la cathode, les électrons peuvent à nouveau absorber de l’énergie sur leur trajet vers la grille et le courant de collecteur se remet à augmenter. Enfin, les électrons peuvent exciter les atomes de mercure pour la seconde fois, le courant de collecteur diminue à nouveau et ainsi de suite. La caractéristique I(U) présente ainsi des variations périodiques à l’occasion desquelles l’écartement des minima ΔU = 4,9 V correspond à l’énergie d’excitation des atomes de mercure de l’état fondamental ¹S₀ vers le premier état ³P_1.