3B SCIENTIFIC PHYSICS 1012819 User manual

3B SCIENTIFIC®PHYSICS
1
Betriebsgerät für Franck-Hertz-Experiment (230 V, 50/60 Hz)
Betriebsgerät für Franck-Hertz-Experiment (115 V, 50/60 Hz)
1012819 (230 V, 50/60 Hz)
1012818 (115 V, 50/60 Hz)
Bedienungsanleitung
01/14 ALF
1 Display
2 Drehsteller Heizspannung
3 Ausgang Heizspannung
4 Ausgang Kathode
5 Ausgang Steuergitter
6 Drehsteller Steuerspannung
7 Drehsteller „minimale Beschleunigungsspannung"
8 Ausgang Beschleunigungsspannung
9 Wahltaster „Man“/„Ramp“
10 Drehsteller „maximale Beschleunigungsspannung“
11 Ausgang „Beschleunigungsspannung / 10“
12 Massebuchse
13 Ausgang F/H-Signal
14 Drehsteller Amplitude F/H-Signal
15 Eingang F/H-Signal
16 Wahltaster „Polarität der Gegenspannung“
17 Drehsteller Gegenspannung
18 Netzschalter (Rückseite des Geräts)

2
1. Sicherheitshinweise
Das Gerät entspricht den Sicherheitsbestimmun-
gen für elektrische Mess-, Steuer-, Regel- und
Laborgeräte nach DIN EN 61010 Teil 1 und ist
nach Schutzklasse I aufgebaut. Es ist für den Be-
trieb in trockenen Räumen vorgesehen, welche
für elektrische Betriebsmittel oder Einrichtungen
geeignet sind.
Bei bestimmungsgemäßem Gebrauch ist der si-
chere Betrieb des Gerätes gewährleistet. Die Si-
cherheit ist jedoch nicht garantiert, wenn das Ge-
rät unsachgemäß bedient oder unachtsam be-
handelt wird. Wenn anzunehmen ist, dass ein ge-
fahrloser Betrieb nicht mehr möglich ist, ist das
Gerät unverzüglich außer Betrieb zu setzen (z.B.
bei sichtbaren Schäden) und gegen unbeabsich-
tigten Betrieb zu sichern.
In Schulen und Ausbildungseinrichtungen ist der
Betrieb des Gerätes durch geschultes Personal
verantwortlich zu überwachen.
Vor der Erstinbetriebnahme überprüfen, ob
das Gerät für die ortsübliche Netzspannung
ausgelegt ist.
Vor Versuchsbeginn Gerät auf Beschädigun-
gen untersuchen.
Bei sichtbaren Schäden oder Funktionsstö-
rungen ist das Gerät unverzüglich außer Be-
trieb zu setzen.
Gerät nur an Steckdosen mit geerdetem
Schutzleiter anschließen.
Gerät nur durch eine Elektrofachkraft öffnen
lassen.
2. Beschreibung
Das Betriebsgerät Franck-Hertz ist sowohl zur
Durchführung des Franck-Hertz-Experiments mit
Quecksilberdampf, mit Neongas als auch zum Be-
trieb der Kritisches-Potenzial-Röhren S einsetzbar.
Es liefert alle notwendigen Versorgungsspannun-
gen zum Betrieb der Röhren und hat einen einge-
bauten hochempfindlichen Gleichstromverstärker
zur Messung des Auffängerstroms.
1. Beschleunigungsspannung UA:
Wahlweise 0 −80 V stabilisierte Gleichspannung
(Modus „Man“) oder Sägenzahnspannung 50 Hz
(Modus „Ramp“). Am Oszilloskopausgang UXist
diese Spannung durch 10 geteilt.
2. Heizspannung UF:
Gleichspannung 0 −12 V für den Heizfaden der
Röhre.
3. Gegenspannung UE:
Gleichspannung 0 −12 V, als Gegenspannung
zwischen Gitter und Auffängerelektrode.
4. Steuerspannung UG:
Gleichspannung 0 −12 V, als Spannung zwi-
schen Steuergitter und Kathode in der Franck-
Hertz-Röhre mit Neon.
5. Gleichstromverstärker:
Der Gleichstromverstärker liefert eine zum Auf-
fängerstrom proportionale, bis 10 mA belastbare
Spannung. Bei kleinster Verstärkung entspricht 1
V Messspannung einem Elektronenstrom von ca.
38 nA und bei höchster Verstärkung einem Elekt-
ronenstrom von ca. 12 nA.
Die Spannungen können gleichzeitig auf dem
Display abgelesen werden.
Für den Anodenstrom und die Beschleunigungs-
spannung stehen zusätzliche analoge Messaus-
gänge zur Verfügung.
Das Gerät 1012818 ist für eine Netzspannung
von 115 V (±10 %) ausgelegt, 1012819 für 230 V
(±10 %).
3. Technische Daten
Netzanschlussspannung: siehe Gehäuserückseite
Heizspannung UF: 0 − 12 V, kontinuierlich
einstellbar
Heizstrom: 0 −2,5 A
Steuerspannung UG: 0 − 12 V, kontinuierlich
einstellbar
Beschleunigungs-
spannung UA: 0 − 80 V, kontinuierlich
einstellbar oder säge-
zahnförmig
Gegenspannung UE: 0 − ±12 V, kontinuierlich
einstellbar, Vorzeichen
umschaltbar
Messausgang UY
für Auffängerstrom IE: IE= UA* 38 nA/V(0−12V)
Messausgang UXfür UA: UX= UA/ 10
Ausgänge: 4-mm-Sicherheitsbuchsen
Signal-Eingang: BNC-Buchse
Abmessungen: ca. 160x132x210 mm³
Masse: ca. 3,4 kg

3
4. Anwendungsbeispiele
4.1 Franck-Hertz-Röhre mit Hg-Füllung
Zusätzlich erforderlich:
1 Franck-Hertz-Röhre mit Hg-Füllung und Heiz-
ofen (230 V, 50/60 Hz) 1006795
oder
1 Franck-Hertz-Röhre mit Hg-Füllung und Heiz-
ofen (115 V, 50/60 Hz) 1006794
1 Analog-Oszilloskop, 2x 30 MHz 1002727
1 HF-Kabel, 1 m 1002746
2 HF-Kabel, BNC / 4-mm-Stecker 1002748
Sicherheitsexperimentierkabel
Frontplatte an die offene Heizofenseite set-
zen und mit den 6 Rändelschrauben befesti-
gen.
Heizofen und Betriebsgerät zunächst ausge-
schaltet lassen und alle Stellknöpfe des Be-
triebsgeräts zum linken Anschlag drehen.
Spannung nicht an die kalte Röhre anlegen
(Kurzschlussgefahr durch das enthaltene
Quecksilber).
Die Ein- bzw. Ausgänge „A“, „F“ und „K“ mit-
einander verbinden (siehe Fig. 1).
Ausgang „E“ der Franck-Hertz-Röhre mittels
BNC-Kabel mit dem entsprechenden Ein-
gang des Betriebsgerätes verbinden.
Ausgang FH Signal „UY“am Betriebsgerät an
den Y-Eingang und Ausgang „UX“ an den X-
Eingang des Oszillskops anschließen.
Heizofen einschalten, Temperatur von ca.
210° C einstellen und abwarten bis die Röhre
aufgeheizt ist (ca. 5 bis 10 min.).
Betriebsgerät einschalten, das Gerät befindet
sich im Rampenmodus.
Heizspannung 6 V − 7 V einstellen. Die indi-
rekt geheizte Kathode benötigt nach Anlegen
der Heizspannung eine Anheizzeit von ca.
1:30 min.
Minimale Beschleunigungsspannung auf Null
stellen, maximale Beschleunigungsspannung
langsam auf 80 V erhöhen.
Die Beschleunigungsspannung jedoch nur so
weit erhöhen, dass in der Röhre keine selb-
ständige Entladung auftritt, denn durch
Stoßionisation wird die Kurve gestört.
Oszilloskop zunächst mit den Einstellungen
x = 1 V/Div und y = 1 V/Div betreiben.
Die Entstehung der Maxima der Franck-Hertz-
Kurve auf dem Bildschirm desOszilloskops be-
obachten.
Parameter Beschleunigungsspannung, Ka-
thodenheizung, Gegenspannung und
Amplitude so einstellen, dass eine Kurve mit
gut ausgeprägten Maxima/Minima entsteht.
Das beschriebene Verfahren ist eine allgemeine
Einstellprozedur. Da die Franck-Hertz-Röhren in
Handarbeit gefertigt werden, gibt es zwischenden
verschiedenen Röhren sehr große Unterschiede
der optimalen Parameter. Einen Anhaltspunkt für
gute Werte liefert das den Röhren beiliegende
Messprotokoll.
Der Auffängerstrom weist in Abhängigkeit von
der Beschleunigungsspannung periodisch wie-
derkehrende und äquidistante Maxima und Mi-
nima auf. Der Abstand zwischen den Maxima be-
trägt 4,9 V. In der Röhre besteht zwischen Ka-
thode und Anode ein Kontaktpotenzial von 2 V.
Dies ist die Ursache warum das erste Maximum
bei etwa 7 V liegt. Die ersten Maxima sind besser
ausgeprägt, wenn die Ofentemperatur niedriger
ist.
4.2 Franck-Hertz-Röhre mit Ne-Füllung
Zusätzlich erforderlich:
1 Franck-Hertz-Röhre mit Ne-Füllung auf An-
schlusssockel 1000912
1 Analog-Oszilloskop, 2x 30 MHz 1002727
1 HF-Kabel, 1 m 1002746
2 HF-Kabel, BNC / 4-mm-Stecker 1002748
Sicherheitsexperimentierkabel
Betriebsgerät zunächst ausgeschaltet las-
sen, mit allen Stellknöpfen auf linkem An-
schlag.
Beschaltung gemäß Fig. 2 vornehmen.
Betriebsgerät einschalten, das Gerät befin-
det sich im Rampenmodus.
Oszilloskop im XY-Modus mit den Einstellun-
gen x = 1 V/Div und y = 2 V/Div betreiben.
Heizspannung langsam erhöhen bis der
Heizfaden anfängt schwach rötlich zu glü-
hen. Dann ca. 30 Sekunden warten bis die
Betriebstemperatur erreicht ist.
Minimale Beschleunigungsspannung auf Null
stellen, maximale Beschleunigungsspannung
von 80 V und Steuergitterspannung von 9 V
wählen.
Die optimale Heizspannung liegt zwischen 4 und
12 V. Sie ist fertigungsbedingt von Röhre zu
Röhre unterschiedlich.
Heizspannung langsam weiter erhöhen bis
ein orangefarbenes Leuchten zwischen der
Kathode und Steuergitter sichtbar wird. Jetzt
die Heizspannung langsam so weit zurück
drehen bis das Leuchten verschwindet und
nur noch der Heizfaden glüht.

4
Gegenspannung langsam erhöhen bis die
Messkurve (Signal gegen Beschleunigungs-
spannung) fast waagrecht liegt.
Verstärkung so weit erhöhen bis die Entste-
hung der Maxima der Franck-Hertz-Kurve
auf dem Bildschirm des Oszilloskops zu be-
obachten ist.
4.3 Kritisches-Potenzial-Röhre
Zusätzlich erforderlich:
1 Kritisches-Potenzial-Röhre S mit He-Füllung
1000620
oder
1 Kritisches-Potenzial-Röhre S mit Ne-Füllung
1000621
1 Röhrenhalter S 1014525
1 Analog-Oszilloskop, 2x 30 MHz 1002727
1 HF-Kabel, 1 m 1002746
2 HF-Kabel, BNC / 4-mm-Stecker 1002748
Sicherheitsexperimentierkabel
Beobachtung der kritischen Potenziale
Kritisches-Potenzial-Röhre in den Röhren-
halter einschieben. Dabei darauf achten,
dass die Kontaktstifte der Röhre ganz in die
dafür vorgesehenen Kontaktöffnungen des
Halters einrasten. Der mittlere Führungsstift
der Röhre muss leicht hinten am Halter her-
ausragen.
Betriebsgerät zunächst ausgeschaltet lassen,
mit allen Stellknöpfen auf linkem Anschlag.
Die Buchse F3 des Röhrenhalters mit dem
Ausgang F am Betriebsgerät, C5 mit dem
Ausgang K (Anschlüsse C5 und F4 sind in-
nerhalb der Röhre miteinander verbunden)
und A1 mit dem Ausgang A verbinden (siehe
Fig. 3).
Abschirmung über die Röhre stülpen, mit der
Falzkante in die Aufnahme des Röhrenhal-
ters schieben und mit der Massebuchse am
Betriebsgerät verbinden.
Anschlusskabel des Kollektorrings an den
Eingang F/H-Signal E anschließen.
Ausgang FH Signal „UY“ am Betriebsgerät an
den Y-Eingang und Ausgang „UX“ an den X-
Eingang des Oszillskops anschließen.
Oszilloskop mit den Einstellungen x = 1 V/Div
und y = 1 V/Div betreiben.
Minimale Beschleunigungsspannung auf ca.
15 V und maximale Beschleunigungsspan-
nung auf ca. 28 V stellen.
Heizspannung von 2,7 V einstellen.
Heizspannung etwas erhöhen und die mini-
male und die maximale Beschleunigungs-
spannung UAoptimieren.
Im Spektrum den 23S-Peak bei 19,8 eV iden-
tifizieren und seine Position t1auf der Zeit-
achse bestimmen.
Ionisationsgrenze bei 24,6 eV identifizieren.
Beobachtung der Ionisation
Zur Beobachtung der Ionisation Vorzeichen
der Gegenspannung umschalten.
5. Aufbewahrung, Reinigung, Entsorgung
Gerät an einem sauberen, trockenen und
staubfreien Platz aufbewahren.
Vor der Reinigung Gerät von der Stromver-
sorgung trennen.
Zur Reinigung keine aggressiven Reiniger o-
der Lösungsmittel verwenden.
Zum Reinigen ein weiches, feuchtes Tuch
benutzen.
Die Verpackung ist bei den örtlichen Recyc-
lingstellen zu entsorgen.
Sofern das Gerät selbst verschrottet werden
soll, so gehört dieses nicht in den normalen
Hausmüll. Es sind die lokalen Vorschriften zur
Entsorgung von Elektroschrott einzuhalten.

5
Fig. 1 Experimenteller Aufbau Frank-Hertz-Röhre mit Hg-Füllung
Fig. 2 Experimenteller Aufbau Franck-Hertz-Röhre mit Ne-Füllung
BETRIEBSGERÄT FRANCK-HERTZ/OPERATING UNIT FRANCK-HERTZ
F
K
G A
Heizung
Filament Gitter/Grid Beschleunigung/Acceleration Reverse bias
EV
Man/Ramp +/-
1
10 UU
xA
= + 1
10 U I V
YE
= *
UF
VUG VUAmin VUAmax V
0 0 080 80 12
UE
V
012
EXT
CH1
(X) CH2 (Y)
OSCILLOSCOPE
+
-
E
F K
A
BETRIEBSGERÄT FRANCK-HERTZ/OPERATING UNIT FRANCK-HERTZ
F
K
G A
Heizung
Filament Gitter/Grid Beschleunigung/Acceleration Reverse bias
EV
Man/Ramp +/-
1
10
UU
xA
= + 1
10 U I V
YE
= *
UF
VUG VUAmin VUAmax V
0 0 080 80 12
UE
V
012
EXT
CH1
(X) CH2 (Y)
OSCILLOSCOPE

3B Scientific GmbH ▪ Ludwig-Erhard-Str. 20 ▪ 20459 Hamburg ▪ Deutschland ▪ www.3bscientific.com
Technische Änderungen vorbehalten
© Copyright 2022 3B Scientific GmbH
Fig. 3 Experimenteller Aufbau Kritisches-Potenzial-Röhre

3B SCIENTIFIC®PHYSICS
1
Power Supply Unit for Franck-Hertz Experiment (230 V, 50/60 Hz)
Power Supply Unit for Franck-Hertz Experiment (115 V, 50/60 Hz)
1012819 (230 V, 50/60 Hz)
1012818 (115 V, 50/60 Hz)
Instruction sheet
01/14 ALF
1 Display
2 Rotary knob for heater voltage
3 Heater voltage output
4 Cathode output
5 Control grid output
6 Rotary knob for control voltage
7 Rotary knob for “minimum accelerating voltage”
8 Accelerating voltage output
9 “Man(ual)”/“Ramp” selector switch
10 Rotary knob for “maximum accelerating voltage”
11 Output “accelerating voltage/10”
12 Ground socket
13 F/H signal output
14 Rotary knob for F/H signal amplitude
15 F/H signal input
16 “Polarity of reverse bias” selector switch
17 Rotary knob for reverse bias
18 Power switch (back side)

2
1. Safety instructions
The apparatus conforms to the safety require-
ments for electrical equipment for measurement,
control and laboratory use of DIN EN 61010 part 1
and is classified as belonging to protection class I.
It is intended for operation in dry rooms that are
suitable for electrical equipment or installations.
Safe operation of the apparatus is guaranteed with
correct handling. However, safety is not guaran-
teed if the apparatus is handled improperly or
carelessly. If it is to be expected that safe opera-
tion is impossible (e.g., in case of visible damage),
the apparatus is to be rendered inoperative imme-
diately and to be safeguarded from unintentional
use.
In schools and training institutions, operation of the
apparatus is to be responsibly supervised by trained
personnel.
Before first use, check if the apparatus is de-
signed for local line voltage.
Before start of the experiment, check the ap-
paratus for damage.
In case of visible damage or functional anom-
alies, render the apparatus inoperative imme-
diately.
The instrument may only be connected to the
mains via a socket that has an earth connec-
tion.
Allow only trained electronics specialists to
open the apparatus.
2. Description
The Franck-Hertz control unit can be used to op-
erate the mercury filled Franck-Hertz tube, the
neon filled Franck-Hertz tube or the critical poten-
tial tubes S. It provides all the voltages needed to
power the tubes and includes a highly sensitive
built-in DC amplifier for measuring collector cur-
rent.
1. Accelerating voltage UA:
Choice of 0 −80 V stabilised DC voltage
("Man(ual)" mode) or 50 Hz saw-tooth voltage
("Ramp mode"). At the oscilloscope output UXthis
voltage is divided by 10.
2. Heater voltage UF:
DCvoltage0 −12Vfortheheaterfilamentofthetube.
3. Countervoltage UE:
DC voltage of 0 −12 V for reverse bias between
grid and collector electrode.
4. Control voltage UG:
DC voltage of 0 −12 V between the control grid
and the cathode in the neon-filled Franck-Hertz
tube
5. DC amplifier:
The DC amplifier provides a voltage proportional
to the collector current, rated up to 10 mA. At the
lowest amplification 1 V of voltage measured cor-
responds to an electron current of 38 nA approx.
and at the highest amplification to an electron cur-
rent of 12 nA approx.
The voltages can simultaneously be read off a dis-
play.
Additional measuring inputs are also available for
the anode current and accelerating voltage.
The apparatus 1012818 is for operation with a
mains voltage of 115 V (±10%), and the unit
1012819 is for operation with a mains voltage of
230 V (±10%).
3. Technical data
Mains voltage: See back of chassis
Filament voltage UF: 0 −12 V, continuously
adjustable
Heater current: 0 −2.5 A
Control voltage UG: 0 −12 V, continuously
adjustable
Accelerating voltage UA: 0 −80 V, continuously
adjustable or saw-tooth
Countervoltage UE: 0 −±12 V, continuously
adjustable, switchable
polarity
Output UYfor
collector current IE: IE= UA*38 nA/V (0−12V)
Output UXfor
accelerating voltage UA: UX= UA/ 10
Outputs: 4 mm safety sockets
Input: BNC socket
Dimensions: 160x132x210mm3approx.
Weight: 3.4 kg approx.

3
4. Examples of use
4.1 Franck-Hertz tube with Hg filling
Additionally required:
1 F/H tube w. Hg filling a. heating chamber (230 V,
50/60 Hz) 1006795
or
1 F/H tube w. Hg filling a. heating chamber (115 V,
50/60 Hz) 1006794
1 Analogue oscilloscope, 2x 30 MHz 1002727
1 HF patch cord, 1 m 1002746
2 HF patch cords, BNC / 4-mm plug 1002748
Safety leads for experiments
Place front plate of the open side of the heat-
ing chamber and fix it in place with 6 knurled
screws.
Turn off the heating chamber and the control
unit to begin with and turn all the knobs on the
control fully to the left.
Do not apply a voltage to the tube when it is
still cold (the mercury inside may cause a
short circuit).
Connect terminals "A", "F" and "K" (refer to
Fig. 1).
Connect terminal "E" of the Franck-Hertz tube
to the correct input on the control unit by
means of an BNC cable.
Connect the “FH Signal UY-out” terminal of
the control unit to the Y input of the oscillo-
scope and terminal “UX” to the X input.
Turn on the heating chamber. Set a tempera-
ture of about 210° C and wait for the tube to
warm up (about 5 to 10 minutes).
Turn on the control unit and the equipment
should enter ramp mode.
Set a filament voltage of 6 −7 V. The indirectly
heated cathode requires about 90 seconds to
warm up, once the voltage is applied.
Set the minimum acceleration voltage to zero,
slowly increase the maximum acceleration
voltage to 80 V.
Do not, however, increase the accelerating
voltage so much that self-discharge no longer
occurs inside the tube. Any ionisation due to
collisions will disrupt the curve.
Set up the oscilloscope initially with settings of
x = 1 V/div and y = 1 V/div.
Observe the emergence of the maxima in the
Franck-Hertz trace on the oscilloscope
screen.
Set up all the parameters, accelerating volt-
age, cathode filament, bias voltage and ampli-
tude so that a trace with nicely delineated
maxima and minima is obtained.
The procedure as described so far is a general
setting procedure. Since the Franck-Hertz tubes
are hand-made, there may be quite large differ-
ences in the optimum parameters from one tube
to the next. The test report included with the tube
should give some idea of where good results may
be obtained for the tube in question.
The collector current displays regularly recurring,
equidistant maxima and minima that are independ-
ent of the accelerating voltage. The interval be-
tween these peaks is 4.9 V. A contact potential of
2 V exists between the anode and cathode of the
tube, which is why the first maximum only appears
in the region of 7 V. The first maxima will be more
obvious when the temperature of the heating
chamber is lower.
4.2 Franck-Hertz tube with Ne filling
Additionally required:
1 Franck-Hertz tube with Ne filling 1000912
1 Analogue oscilloscope, 2x 30 MHz 1002727
1 HF lead, 1 m 1002746
2 HF leads, BNC / 4-mm plug 1002748
Safety leads for experiments
Start with the voltage supply unit switched off,
and with all the voltage setting knobs fully to
the left.
Connect up the experiment as shown in Fig.
2.
Turn on the equipment. It will start in ramp
mode.
Set up the oscilloscope in XY mode with
x = 1 V/div and y = 2 V/div.
Gradually increase the heater voltage till the
filament starts to faintly glow red. Then wait 30
seconds till it reaches its operating tempera-
ture.
Set the minimum acceleration voltage to zero,
choose a maximum acceleration voltage of 80
V and set the control grid voltage to 9 V.
The ideal filament voltage should be between 4
and 12 V. This differs from tube to tube due to
manufacturing tolerances.
Gradually increase the filament voltage until
an orange glow appears between the cathode
and the grid. Then turn down the filament volt-
age till the glow disappears and only the fila-
ment is glowing.

4
Gradually increase the decelerating voltage
until the measured curve (of signal against ac-
celerating voltage) is near horizontal.
Increase the gain till the maxima of the
Franck-Hertz curve can be seen on the oscil-
loscope screen.
4.3 Critical potential tube
Additionally required:
1 CriticalpotentialtubeS withHe-filling 1000620
or
1 CriticalpotentialtubeS withNe-filling 1000621
1 Tube holder S 1014525
1 Analogue oscilloscope, 2x 30 MHz 1002727
1 HF lead, 1 m 1002746
2 HF leads, BNC / 4-mm plug 1002748
Safety leads for experiments
Observation of critical potentials
Fit the critical potential tube into the tube
holder, ensuring that the contact pins of the
tube are correctly and fully engaged in the
tube socket of the holder. The central guide
pin of the tube should project slightly at the
back of the holder.
Start with the voltage supply unit switched off,
and with all the voltage setting knobs fully to
the left.
Connect terminal F3 on the tube holder with
output F of the control unit, connect C5 to out-
put K (C5 and F4 are connected together in-
ternally inside the tube) and A1 to output A (re-
fer to Fig. 3).
Fit the screening frame over the tube, push its
folded edge into the opening in the tube holder
and connect it to the earth socket on the con-
trol unit.
Connect the lead from the collector ring to the
F/H signal input socket E.
Connect the “FH Signal UY-out” terminal of the
control unit to the Y input of the oscilloscope
and terminal “UX” to the X input.
Set up the oscilloscope initially with settings of
x = 1 V/div and y = 1 V/div.
Set the minimum acceleration voltage to about
15 V and the maximum acceleration voltage to
about 28 V.
Set a filament voltage of 2.7 V.
Increase the filament voltage slightly and opti-
mize the minimum and maximum acceleration
voltage UA.
In the spectrum, identify the 23S peak at
19.8 eV and determine its position t1on the
time axis.
Identify the ionisation threshold at 24.6 eV.
Observation of ionisation
In order to observe ionisation change the sign
for the polarity of the counter voltage.
5. Storage, cleaning, disposal
Keep the apparatus in a clean, dry and dust
free place.
Before cleaning the equipment, disconnect it
from its power supply.
Do not clean the unit with volatile solvents or
abrasive cleaners.
Use a soft, damp cloth to clean it.
The packaging should be disposed of at local
recycling points.
Should you need to dispose of the equipment
itself, never throw it away in normal domestic
waste. Local regulations for the disposal of
electrical equipment will apply.

5
Fig. 1 Experiment set-up - Franck-Hertz tube filled with mercury
Fig. 2 Experiment set-up - Franck-Hertz tube filled with neon
BETRIEBSGERÄT FRANCK-HERTZ/OPERATING UNIT FRANCK-HERTZ
F
K
G A
Heizung
Filament Gitter/Grid Beschleunigung/Acceleration Reverse bias
EV
Man/Ramp +/-
1
10 UU
xA
= + 1
10 U I V
YE
= *
UF
VUG VUAmin VUAmax V
0 0 080 80 12
UE
V
012
EXT
CH1
(X) CH2 (Y)
OSCILLOSCOPE
+
-
E
F K
A
BETRIEBSGERÄT FRANCK-HERTZ/OPERATING UNIT FRANCK-HERTZ
F
K
G A
Heizung
Filament Gitter/Grid Beschleunigung/Acceleration Reverse bias
EV
Man/Ramp +/-
1
10
UU
xA
= + 1
10 U I V
YE
= *
UF
VUG VUAmin VUAmax V
0 0 080 80 12
UE
V
012
EXT
CH1
(X) CH2 (Y)
OSCILLOSCOPE

3B Scientific GmbH ▪ Ludwig-Erhard-Str. 20 ▪ 20459 Hamburg ▪ Germany ▪ www.3bscientific.com
Subject to technical amendments
© Copyright 2022 3B Scientific GmbH
Fig. 3 Experiment set-up - critical potential tube

3B SCIENTIFIC®PHYSICS
1
Equipo para la ejecución del experimento de Franck y Hertz (230 V, 50/60 Hz)
Equipo para la ejecución del experimento de Franck y Hertz (115 V, 50/60 Hz)
1012819 (230 V, 50/60 Hz)
1012818 (115 V, 50/60 Hz)
Instrucciones de uso
01/14 ALF
1 Display
2 Ajuste giratorio tensión de calentamiento
3 Salida tensión de calentamiento
4 Salida cátodo
5 Salida rejilla de control
6 Ajuste giratorio tensión de control
7 Ajuste giratorio de "tensión de aceleración mínima"
8 Salida tensión de aceleración
9 Tecla de elección "Man" / "Ramp"
10 Ajuste giratorio de "tensión de aceleración máxima"
11 Salida "tensión de aceleración/10"
12 Masa
13 Salida señal F/H
14 Ajuste giratorio de amplitud de señal de F/H
15 Entrada señal de F/H
16 Tecla de elección "Polaridad de la contratensión"
17 Ajuste giratorio para contratensión
18 Interruptor de red (dorso del aparato)

1. Advertencias de seguridad
El aparato de Franck-Hertz es conforme con las de-
terminaciones deseguridadparaaparatoseléctricos
de medida,control, regulación yde laboratorios indi-
cadas en la normativa DIN EN61010, Parte 1 y está
diseñado según laclase de protección 1. El aparato
está previsto para su trabajo en recintos secos, los
cuales sea apropiados para componentes o instala-
ciones eléctricas.
Se garantiza el trabajo seguro del aparato si se le
aplica según su uso específico. La seguridad no se
puede garantizar en caso de que se maneje fuera
desusespecificacionesosinelcorrespondientecui-
dado. Si es de suponer que no se puede garantizar
untrabajosinpeligrosedebeponerinmediatamente
fueradeservicio(p.ej.encasodedañosplenamente
visibles) y se debe asegurar contra funcionamiento
no voluntario.
En colegios y centros educativos, el funciona-
miento del aparato debe estar siempre supervi-
sado por personal calificado y responsable.
Antes de la primera puesta en marcha se debe
comprobar que la tensión del aparato corres-
ponde a la tensión de red local.
Antes de iniciar la experimentación de debe
comprobar si el aparato muestra daños.
En caso de daños visibles o de perturbaciones
funcionales se debe poner el aparato inmedia-
tamente fuera de servicio.
El aparato se conecta sólo en enchufes con
un conductor de protección conectado a la tie-
rra.
El aparato sólo se debe dejar abrir por un es-
pecialista en electricidad.
2. Descripción
El aparato de Franck-Hertz puede ser utilizado
para la realización del experimento de Franck-
Hertz tanto con vapor de mercurio así como con
gas de Neón y además para el funcionamiento de
los tubos de potencial crítico S. Éste suministra to-
das las tensiones necesarias para el funciona-
miento de los tubos y posee un amplificador de co-
rriente continua incorporado, sensible, para la me-
dición de la corriente de colector.
1. Tensión de aceleración UA:
Tensión cotinua de 0 a 80 V estabilizada (Modo
"Man”) resp. tensión de dientes de sierra 50 Hz
(Modo "Ramp"). En la salida para osciloscopio UX
se tiene a disposición esta tensión dividida por 10.
2. Tensión de calentamiento UF:
Tensión continua 0 −12 V para el filamento del
tubo.
3. Contratensión UE:
Tensión continua 0 −12 V, como contratensión
entre la rejilla y el electrodo receptor.
4. Tensión de control UG:
Tensión continua de 0 −12 V, como tensión entre
la rejilla de control y el cátodo en el tubo de
Franck-Hertz con Neón.
5. Amplificador de corriente continua:
El amplificador de corriente continua entrega una
tensión continua proporcional a la corriente del elec-
trodo receptor con una capacidad de carga de hasta
10 mA. En caso de amplificación mínima, una ten-
sión de medida de 1 V corresponde a una corriente
de electrodo de aprox. 38 nA y con máxima amplifi-
cación una corriente de electrodo de aprox. 12 nA.
Las tensiones se pueden leer al mismo tiempo en
un display.
Se dispone de varias salidas analógicas de medi-
ción adicionales para la corriente anódica y la ten-
sión de aceleración.
Elaparato1012818estádimensionadaparaunaten-
siónderedde115V(±10%)resp.1012819para230
V (±10 %).
3. Datos técnicos
Tensiónde conexióna lared: ver el dorso de la car-
casa del aparato
Tensión de
calentamiento UF: 0 −12 V, de ajuste
continuo
Corriente de caldeo: 0 −2,5 A
Tensión de control UG: 0 −12 V, de ajuste
continuo
Tensión de aceleración UA: 0 −80 V, de ajuste
continuo o forma de
dientes de sierra
Contratensión UE: 0 −±12 V, de ajuste
continuo, se puede
conmutar el signo
Salida de medida UYpara
corriente de colector IE: IE=UA*38 nA/V(0−12V)
Salida de medida UXpara
tensión de aceleración UA: UX= UA/ 10
Salidas: casquillos de seguridad
de 4-mm
Entrada: casquillo BNC
Dimensiones: approx.160x132x210mm3
Masa: approx. 3,4 kg

4. Ejemplos de aplicación
4.1 Tubo de Franck-Hertz de mercurio
Se requiere adicionalmente:
1 Tubo de F/Hlleno de Hg y estufa de calefacción
(230 V, 50/60 Hz) 1006795
o
1 Tubo de F/Hlleno de Hg y estufa de calefacción
(115 V, 50/60 Hz) 1006794
1 Osciloscopio analógico, 2x 30 MHz 1002727
1 Cable AF, 1 m 1002746
2 Cables AF, conector macho BNC / 4 mm
1002748
Cables de experimentación de seguridad
Se coloca la placa frontal en el lado abierto de
la estufa de calentamiento y se fija con los 6
tornillos moleteados.
Laestufa yelaparatodeserviciosedejandesco-
nectados al principio y el botón de ajuste el apa-
ratodeserviciosegirahaciaelextremoizquierdo.
No conecte nunca una tensión con el tubo en
frío (existe el peligro de cortocircuito debido al
mercurio contenido en el tubo).
Se conectan entre sí las salidas resp. las en-
tradas "A", "F", "K" (ver fig. 1).
Se conecta la salida "E" del tubo de Franck-
Hertz con la correspondiente entrada del apa-
rato de servicio, por medio de un cable de
BNC.
La salida FH Signal “UY“ en el aparato de ser-
vicio se conecta con la entrada Y y la salida
“UX“ en la entrada X del osciloscopio.
Se conecta la estufa y se ajusta una tempera-
tura de aprox. 210° C y se espera hasta que
el tubo se caliente a esta temperatura (aprox.
5 a 10 min).
Se conecta el aparato de control, el aparato se
encuentra en modo de rampa.
Ajuste la tensión de caldeo en 6 V −7 V. El
cátodo de caldeo indirecto necesita un tiempo
de aprox. 1:30 min. para lograr su temperatura
de trabajo.
Seajustaen0lamínimatensión de aceleración,
se aumenta lentamente la máxima tensión de
aceleración hasta 80 V.
Sin embargo, la tensión de aceleración se
puede seguir aumentando sólo siempre y
cuando no se produzca una autodescarga in-
dependiente en el tubo, pues la ionización por
choques atómicos destruye la curva.
Primero se deja funcionar el osciloscopio en
los ajustes x = 1 V/Div resp. y = 1 V/Div.
Seobservaenla pantalladel osciloscopiola apa-
rición del los máximos de la curva de Franck-
Hertz.
Los parámetros: Tensión de aceleración, ca-
lefacción del cátodo, tensión inversa y ampli-
tud se ajustan de tal forma que se pueda ob-
servar en la pantalla del osciloscopio una
curva con máximos y mínimos bien definidos.
El procedimiento descrito es un proceso de ajuste
general. Como los tubos de Franck-Hertz son pro-
ducidos manualmente existen grandes diferencias
entre los parámetros óptimos de cada uno de los
tubos individuales. Una referencia de medida para
unos valores óptimos se indica en el protocolo de
medición que acompaña el tubo entregado.
La corriente del electrodo colector muestra máxi-
mos y mínimos equidistantes y repetitivos en de-
pendencia con la tensión de aceleración. La dis-
tancia entre los máximos es de 4,9 V. Entre el cá-
todo y el ánodo en el tubo se experimenta un po-
tencial de contacto de aprox. 2 V, por esta razón
el primer máximo se observa con aprox. 7 V. Los
primeros máximos se resaltan mejor cuando la
temperatura de la estufa es baja.
4.2 Tubo de Franck-Hertz con llenado de Ne
Se requiere adicionalmente:
1 Tubo de F/Hcon Neón sobre zócalo de cone-
xión 1000912
1 Osciloscopio analógico, 2x 30 MHz 1002727
1 Cable de AF, 1 m 1002746
2 Cables de AF, conector macho BNC / 4 mm
1002748
Cables de experimentación de seguridad
El aparato de servicio se deja primero desco-
nectado, con todos los botones de ajuste en
el extre-mo izquierdo.
Se realiza el cableado según la Fig. 2.
Se conecta la unidad de control, la cual se en-
cuentra en el modo de rampa
Se ajusta el osciloscopio el modo X-Y, con los
ajustes x = 1 V/Div e y = 2 V/Div.
Seaumentalentamentelatensióndecaldeohasta
que el filamento calefactor se observe de una co-
loraciónrojadébil.Luegoseesperanaprox.30se-
gundos hasta que se logre la temperatura de tra-
bajo.
Seajustaen0lamínimatensióndeaceleración,
se aumenta lentamente la máxima tensión de
aceleración hasta 80 V y la tensión de rejilla de
control se elije en 9 V.

4
La tensión óptima de caldeo se encuentra entre 4
y 12 V. Ésta depende las condiciones de fabrica-
ción y puede ser diferente de tubo a tubo.
Se sigue aumentando lentamente la tensión
de caldeo hasta que se observe una luminosi-
dad anaranjada entre el cátodo y la rejilla de
control. Ahora se reduce lentamente la ten-
sión de caldeo hasta que la luminosidad des-
aparezca y sólo se vea el filamento incandes-
cente.
Se aumenta lentamente la contratenión hasta
que la curva de medida esté casi horizontal
(señal con respecto a la tensión de acelera-
ción).
Se aumenta la amplificación hasta que se
puedan observar los máximos de la curva de
Franck-Hertz en la pantalla del osciloscopio.
4.3 Tubo del potencial crítico
Se requiere adicionalmente:
1 Tubo del potencial crítico S, llenado de He
1000620
o
1 Tubo del potencial crítico S, llenado de Ne
1000621
1 Soporte de tubos S 1014525
1 Osciloscopio analógico, 2x 30 MHz 1002727
1 Cable de AF, 1 m 1002746
2 Cables de AF, conector macho BNC / 4 mm
1002748
Cables de experimentación de seguridad
Observación de los potenciales críticos
Se desliza el tubo para el potencial crítico en
el soporte para tubo. Teniendo en cuenta que
las espigas de contacto del tubo entren com-
pletamente y encajen en los orificios de con-
tacto previstos en el soporte. La espiga guía
central debe sobresalir un poco en la parte tra-
sera del soporte.
El aparato de servicio se deja primero desco-
nectado, con todos los botones de ajuste en
el extre-mo izquierdo.
El casquillo F3 del soporte del tubo se conecta
con la salida F del aparato de control, C5 con
la salida K (los contactos C5 y F4 están conec-
tados entre si dentro del tubo) y A1 se conecta
con la salida A (ver fig. 3).
El apantallamiento se coloca alrededor del
tubo y el borde plagado se inserta en la toma
del soporte del tubo, y se conecta con el cas-
quillo de masa del aparato de control.
Se conecta el cable de conexión del anillo co-
lector en la entrada señal de F/H.
La salida FH Signal “UY“ en el aparato de ser-
vicio se conecta con la entrada Y y la salida
“UX“ en la entrada X del osciloscopio.
Se hace funcionar el osciloscopio con los
ajustes x = 1 V/Div resp. y = 1 V/Div.
Se ajusta la tensión de acelaración mínima en
aprox. 15 V y la tensión de aceleración má-
xima en aprox. 28 V.
Se ajusta una tensión de caldeo de 2,7 V.
Se aumenta un poco la tensión de caldeo y se
optimizan las tensiones de aceleración UAmí-
nima y máxima.
En el espectro se identifica el pico 23S en 19,8
eV y se determina su posición t1en el eje de
tiempos.
Se identifica el umbral de ionización en 24,6
eV.
Observación de ionización
Para la observación de ionización se le con-
muta el signo a la contratención.
5. Mantenimiento, limpieza, desecho
El aparato debe permanecer en un lugar lim-
pio, seco y libre de polvo.
Antes de la limpieza el aparato se separa del
suministro de corriente.
No se debe usar ningún elemento agresivo ni
disolventes para limpiar el aparato.
Para limpiarlo se utiliza un trapo suave hú-
medo.
El embalaje se desecha en los lugares locales
para reciclaje.
En caso de que el propio aparato se deba
desechar como chatarra, no se debe deponer
entre los desechos domésticos normales. Se
deben cumplir las prescripciones locales para
el desecho de chatarra eléctrica.

Fig. 1 Montaje de experimentación, tubo de Franck-Hertz con Hg
Fig. 2 Montaje de experimentación, tubo de Franck-Hertz con Ne
BETRIEBSGERÄT FRANCK-HERTZ/OPERATING UNIT FRANCK-HERTZ
F
K
G A
Heizung
Filament Gitter/Grid Beschleunigung/Acceleration Reverse bias
EV
Man/Ramp +/-
1
10 UU
xA
= + 1
10 U I V
YE
= *
UF
VUG
VUAmin
VUAmax
V
0 0 080 80 12
UE
V
012
EXT
CH1
(X) CH2
(Y)
OSCILLOSCOPE
+
-
E
F K
A
BETRIEBSGERÄT FRANCK-HERTZ/OPERATING UNIT FRANCK-HERTZ
F
K
G A
Heizung
Filament Gitter/Grid Beschleunigung/Acceleration Reverse bias
EV
Man/Ramp +/-
1
10
UU
xA
= + 1
10 U I V
YE
= *
UF
VUG VUAmin VUAmax V
0 0 080 80 12
UE
V
012
EXT
CH1
(X) CH2 (Y)
OSCILLOSCOPE

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Fig. 3 Montaje de experimentación, tubo del potencial crítico

3B SCIENTIFIC®PHYSICS
1
Appareil pour l'expérience de Franck et Hertz (230 V, 50/60 Hz)
Appareil pour l'expérience de Franck et Hertz (115 V, 50/60 Hz)
1012819 (230 V, 50/60 Hz)
1012818 (115 V, 50/60 Hz)
Instructions d’utilisation
01/14 ALF
1 Écran
2 Bouton tournant tension de chauffage
3 Sortie tension de chauffage
4 Sortie cathode
5 Sortie grille de commande
6 Bouton tournant tension de commande
7 Bouton tournant "tension d'accélération minimale"
8 Sortie tension d'accélération
9 Bouton sélecteur "Man" / "Rampe"
10 Bouton tournant "tension d'accélération minimale"
11 Sortie "tension d'accélération / 10"
12 Douille de masse
13 Sortie signal F/H
14 Bouton tournant am-plitude du signal F/H
15 Entrée signal F/H
16 Bouton sélecteur de "Polarité de contre-tension"
17 Bouton tournant contre-tension
18 Interrupteur secteur (dos du boîtier)

1. Consignes de sécurité
L'appareil correspond aux dispositions de sécu-
rité pour les appareils électriques de mesure, de
commande, de réglage et de laboratoire d'après
la norme DIN EN 61010, 1ère partie, et à la
classe de protection 1. Il est prévu pour être ex-
ploité dans des pièces sèches convenant à des
équipements ou dispositifs électriques.
En cas d'utilisation conforme, l'exploitation sûre
de l'appareil est garantie. En revanche, la sécu-
rité n'est pas garantie si l'appareil n'est pas
commandé dans les règles ou manipulé sans
attention. S'il s'avère qu'une exploitation peu
sûre n'est plus possible, mettez l'appareil immé-
diatement hors service (par ex. en présence de
dommages apparents) et protégez-le contre
toute remise en service.
Dans les écoles et les établissements de forma-
tion, l'utilisation de l'appareil doit être surveillée
par un personnel formé.
Avant la première mise en service, vérifiez
que l'appareil est prévu pour la tension sec-
teur locale.
Avant de commencer l'expérience, vérifiez
si l'appareil présente quelque endommage-
ment.
En cas de vices apparents ou de dysfonc-
tionnements, mettez immédiatement l'appa-
reil hors service.
Ne branchez l'appareil qu'à des prises de
courant avec mise à la terre du neutre.
Seul un électricien est autorisé à ouvrir l'ap-
pareil.
2. Description
L'appareil de Franck-Hertz peut être utilisé
pour réaliser des tests de Franck-Hertz avec de
la vapeur de mercure, du néon, mais aussi dans
le cadre de l'utilisation de tubes au potentiel cri-
tique S. L'appareil fournit toutes les tensions d'ali-
mentation nécessaires à l'exploitation des tubes
et possède un amplificateur de courant continu
très sensible intégré permettant de mesurer le
courant de captage.
1. Tension d'accélération UA:
Au choix, tension continue stabilisée 0 - 80 V
(Mode "Man") ou tension en dents de scie 50 Hz
(Mode "Rampe"). À la sortie de l'oscilloscope UX
cette tension est divisée par dix.
2. Tension de chauffage UF :
tension continue 0 − 12 V pour le filament du tube.
3. Contre-tension UE:
tension continue 0 −12 V, comme contre-tension
entre la grille et la cathode de captage.
4. Tension de commande UG:
tension continue 0 − 12 V, comme tension entre
la grille de commande et la cathode dans les
tubes de Franck et Hertz au néon.
5. Amplificateur de courant continu :
il fournit une tension proportionnelle au courant
de captage pouvant atteindre une charge de
10 mA. En cas d'amplification minimale, une ten-
sion de mesure de 1 V correspond à un courant
d'électrons d'environ 38 nA et, en cas d'amplifica-
tion maximale, d'environ 10 nA.
Les tensions peuvent être lues simultanément sur
un écran.
Des sorties de mesure analogiques supplémen-
taires sont disponibles pour le courant anodique
et la tension d'accélération.
L'appareil 1012818 est prévue pour une tension
secteur de 115 V (±10 %) et 1012819 pour une
tension secteur de 230 V (±10 %).
3. Caractéristiques techniques
Tension d'alimentation : voir au dos du boîtier
Tension de chauffage UF:0 −12 V, réglable en
continu
Courant de chauffage: 0 v 2,5 A
TensiondecommandeUG: 0 −12 V, réglable en
continu
Tensiond'accélérationUA : 0 −80 V, réglable en
continu ou dents de
scie
Contre-tension UE : 0 −±12 V, réglable en
continu, signe com-
mutable
Sortie de mesure UY
pour courant collecteur IE: IE= UA*7 nA/V (0−12 V)
Sortie de mesure UXpour
tension d'accélération UA :UX= UA/ 10
Sorties : bornes de sécurité de
4 mm
Entrée : borne BNC
Dimensions : env. 160x132x210 mm³
Masse : env. 3,4 kg