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Figura 1 C catodo caldo, A anodo, G griglia deceleratrice. Si applica un potenziale {$V$} tra C (-) e G (+) e si mette A ad un potenziale {$V-\delta V$} rispetto a C ({$- delta V$} rispetto a G), così che tra G ed A ci sia un piccolo campo frenante per gli elettroni, che devono avere una minima energia cinettica per generare corrente(da Wikipedia)
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L'esperimento consiste nell'accelerare elettroni con l'apparato mostrato in Fig. 1, in un campo crescente {$Vd$} tra C e G a distanza {$d$}, in presenza di un gas rarefatto di mercurio (l'ampolla è sigillata sotto vuoto con una piccolissima goccia di Hg all'interno). La densità di corrente raccolta all'anodo è {$-n e\langle v\rangle$}, proporzionale al numero di elettroni generati per secondo all'anodo (alla corrente che riscalda C), e alla loro velocità finale, dovuta all'accelerazione nel campo elettrico.
In presenza di sola diffusione elastica sugli atomi di Hg, la velocità e la corrente crescono con {$\sqrt{V}$}. Se l'elettrone ha tuttavia energia sufficiente per eccitare l'atomo di Hg secondo lo schema della Fig. 2. In questo caso l'elettrone riparte con energia cinetica ridotta di una quantità {$e\Delta V_0 d=4.9$} eV, che corrisponde alla differenza di energia tra stato fondamentale e livello eccitato del'atomo, caratteristica del mercurio.
Questo genera le brusche riduzioni della corrente anodica mostrate in Fig. 3: se {$eV\ge e\Delta V_0$} l'elettrone può compiere una diffusione anelastica e cedere la sua energia cinetica all'atomo che spesso la riemetterà con un fotone, terminando la corsa con velocità minore. Siccomee la distanza percorsa prima di un urto efficace è un fenomeno stocastico, ci sarà una distribuzione in {$V$} dovuta alle diverse lunghezze di libero cammino.
A conferma del meccanismo, si misura l'emissione di luce alla sola frequenza {$e\Delta V_0/h= 1.18\,10^{15}$} Hz, pari a {$\lambda=hc/e\Delta V_0 = 254$} nm, caratteristica dello spettro della lampada a mercurio.
Questo esperimento dimostra la natura quantizzata dei livelli energetici dell'atomo. Fruttò il Premio Nobel nel 1925 a James Franck e Gustav Hertz (non è parente di Heinrich Hertz, scopritore delle onde radio)
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Figura 2 Diffusione elastica (in alto) e anelastica (centro, basso) su Hg
Figura 3 Andamento della corrente in A in funzione del potenziale tra C e G
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