恆溫加熱實驗裝置

1. 沸水浴中水浴是什麼意思化驗室用

酚醛樹脂的實驗室製法在大試管中加入2.5克苯酚和2.5毫升40%甲醛溶液,再加入1毫升濃鹽酸（作為催化劑）,此時看不到明顯現象.把試管口塞上插有長玻璃管 (>30厘米)的單孔塞,再把試管放進沸水浴中加熱(沸水浴應為100℃恆溫加熱裝置),如圖.混合液開始沸騰時,表示反應正在進行(反應放熱), 沸騰熄止時,表示反應已完成.繼續加熱約10分鍾,以利酚醛樹脂和水溶液充分分層,上層為水,下層為酚醛樹脂,冷卻後顯粉紅色（原因：苯酚被氧化生成醌類物質）.反應裝置中的長玻璃管對揮發的反應物起冷凝迴流作用.在這個實驗中,所用苯酚過量,並用酸作催化劑,產物是線型高分子樹脂；如甲醛溶液過量時(如 2.5克苯酚配3—4毫升40%甲醛溶液)且用氨水作催化劑時,產物則是體型高分子樹脂(參看縮聚反應).實驗後的反應容器,需用酒精浸泡一些時間後,才易用水洗凈.製得的酚醛樹脂有體型和線型. 所以應該是把試管口塞上插有長玻璃管(>30厘米)的單孔塞,而不是塞緊橡膠塞,這樣加熱會爆炸的

2. 低溫恆溫槽的介紹

恆溫槽提供恆定溫度的槽體.可分為恆溫空氣（通常稱作恆溫箱）、恆溫液體（通常稱作恆溫水槽）.恆溫槽的使用需求不同種類也有很多,比如恆溫水油槽、恆溫循環器、透明水槽，低溫恆溫槽，高精度恆溫槽，程序控溫恆溫槽，低溫恆溫槽循環器，低溫冷卻液循環泵等等,它們一般都是通過加熱管來加熱、壓縮機製冷,輔助配以PID控制器,恆定一個比較標準的溫度,從而達到實驗目的.
恆溫槽是實驗工作中常用的一種以液體為介質的恆溫裝置,根據溫度控制范圍,可用以下液體介質:-60度～30度用乙醇或乙醇水溶液;0度～90度用水;80度～160度用甘油或甘油水溶液;70度～300度用液體石蠟、汽缸潤滑油、硅油.
恆溫槽的組成：
恆溫槽一般由浴槽、加熱器、攪拌器、溫度計,感溫元件、恆溫控制器等部分組成

3. 夫蘭克赫茲實驗

夫蘭克-赫茲實驗被認為是對原子的玻爾模型的實驗證明，但有趣的是直到夫蘭克和赫茲發表了他們的實驗結果之後，他們才知道玻爾模型。這看起來是非常有趣的，夫蘭克後來解釋道：

We had not read it because we were negligent to read the literature well enough -- and you know how that happens. On the other hand, one would think that other people would have told us about it. For instance, we had a colloquium at that time in Berlin at which all the important papers were discussed. Nobody discussed Bohr's theory. Why not? The reasons is that fifty years ago, one was so convinced that nobody would, with the state of knowledge we had at that time, understand spectral line emission, so that if somebody published a paper about it, one assumed, Probably it is not right. So we did not know it.

當時的人們根本就不相信看上去復雜無比的原子光譜可能會被某個理論解釋，如果有人聲稱解釋了原子的發射譜線，當時的物理學家會本能地認為這個理論是錯誤的。

夫蘭克-赫茲實驗的裝置如下圖所示：

水銀（汞，Hg）蒸汽被放在真空管內，電子從陰極射出後，被電勢V加速，然後到達陽極，陽極是柵欄狀的，陽極後面還有一個微弱的反向電壓，反向電壓比加速電壓（V）弱的多，再後面是個集電極。（類似真空三極體，發射極，基極和集電極）

測量的是加速電壓（V）和通過集電極電流（I）之間的關系，實驗結果如下圖：

可見這里存在一個約4.9伏的周期，每4.9伏周期，集電極電流會周期性的變大，達到峰值，然後陡峭地變小。

這4.9伏的周期性可被玻爾模型所解釋。根據玻爾模型，原子中存在一系列的定態（stationary states），當原子由一個定態躍遷到另一定態時，可相應地吸收或放出一個光子，並滿足頻率關系（frequency relation）：。4.9伏的周期性說明在汞原子的第一激發態與基態間能量差是4.9eV。

當加速電壓處於0-4.9伏區間時，電子將獲得0-4.9eV的動能，電子可能與汞原子發生彈性碰撞或非彈性碰撞，如發生非彈性碰撞電子將損失部分能量，而汞原子將獲得部分能量。但根據玻爾模型，小於4.9eV的能量是不足以使汞原子發生躍遷的，因此只能發生彈性散射，電子在彈性散射的過程中並不損失能量，因此當電子達到陽極時具有大於0的動能，可以可以克服反向電壓達到集電極，因此表現為有電流，並且隨著加速電壓的增大，電流也相應增大。

當加速電壓正好為4.9伏時，電子具有4.9eV的動能，可與汞原子發生非彈性散射，汞原子被激發到激發態，電子損失4.9eV後動能為0，無法克服反向電壓，因此表現為電流急劇下跌。

當加速電壓達到兩倍4.9伏時，則有可能發生兩次電子與汞原子的非彈性散射，因此將出現第二個峰。如果繼續增大加速電壓，還可能出現更多的峰。如果電子能量大到足以把汞原子激發到更高激發態的能量，則可以出現不是4.9伏周期的峰。

觀察夫蘭克-赫茲實驗的實驗曲線，另一特徵是電流波谷取值是逐漸變大的，這可以解釋為總有部分電子未發生與汞原子的非彈性散射就到達了陽極，從而肯定會到達集電極。發生N+1次非彈性散射的幾率要小於只發生N次非彈性散射的幾率，因此隨著加速電壓的增大會有更多的電子以非零動能到達陽極，體現為電流波谷取值越來越高。

還可以考慮更多因素，比如無規則熱運動對夫蘭克-赫茲實驗曲線的影響，將使曲線更加圓滑等等。但這些已經屬於實驗中不太重要的細節了。

1925年夫蘭克和赫茲因夫蘭克-赫茲實驗共同獲得諾貝爾物理學獎。

參考

1. The Franck-Hertz experiment supports Bohr's model
2. Hyperphysics: The Franck-Hertz Experiment
3. The Nobel Prize in Physics 1925

4. 鄭州南北儀器設備有限公司的主營產品

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