متسلسلة ليمان: خطوط الهيدروجين فوق البنفسجية

1 · توقّع

الإلكترونات الهابطة كليًا إلى الحالة الأرضية (n = 1) تبعث متسلسلة ليمان. مقارنة بمتسلسلة بالمر (النزول إلى n = 2)، هل تتوقع أن تكون فوتونات ليمان أعلى أم أدنى طاقة؟

• طاقة أقل من انتقالات بالمر.
• طاقة أعلى (طول موجي أقصر) — النزول إلى الحالة الأرضية يحرر فجوة طاقة أكبر من النزول إلى n = 2.
• الطاقة نفسها كانتقالات بالمر المكافئة.

2 · التجهيز

1. افتح مسبق ألفا ليمان واضغط إعادة الضبط. الانتقال الافتراضي لهذا المسبق هو n = 2 → n = 1 (ألفا ليمان).
2. فعّل قراءة الطول الموجي المنبعث.
3. اضبط مستوى الطاقة الابتدائي n_initial لكل محاولة (نزولًا إلى n_final = 1) وسجل الطول الموجي المنبعث.

3 · اجمع البيانات

ارسم الطول الموجي المنبعث λ (المحور y) مقابل مستوى البداية n_i (المحور x) لتجاربك الثلاث.

4 · حلّل

1. لمحاولة واحدة، احسب 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) باستخدام n_f = 1. قارن بالجدول. أكد أن الأطوال الموجية الثلاثة كلها تقع دون 122 nm — فوق بنفسجي عميق غير مرئي للعين.
2. قارن أطوال ليمان الموجية بأطوال تجربة ألفا بالمر المرئية. اشرح لماذا النزول إلى n = 1 (فجوة طاقة أكبر بكثير من النزول إلى n = 2) ينتج دائمًا فوتونات أعلى طاقة وأقصر طولًا موجيًا.

5 · وسّع

1. يُمتص ضوء ليمان فوق البنفسجي كليًا تقريبًا بغلاف الأرض الجوي قبل بلوغ الأرض. اشرح لماذا تلزم تلسكوبات فضائية (لا أرضية) لرصد انبعاث ليمان-ألفا للهيدروجين من أجرام فلكية بعيدة.
2. مع n_i → ∞ يقترب 1/λ من R بالضبط (حد المتسلسلة)، ويقابله إلكترون بالكاد يفلت من الذرة كليًا (تأين) لا انتقال محدد. بصيغتك، اشرح لماذا يمثل حد المتسلسلة طاقة التأين من الحالة الأرضية.

الفيزياء خلف هذه التجربة

← عودة إلى التجربة