La sèrie de Balmer: línies espectrals visibles de l'hidrogen

1 · Prediu

Un electró en un àtom d'hidrogen baixa d'un nivell d'energia més alt al nivell n = 2, emetent un fotó (la sèrie de Balmer, les úniques línies de l'hidrogen visibles a l'ull humà). Depèn la longitud d'ona emesa del nivell d'on venia l'electró?

• Sí: nivells inicials diferents donen longituds d'ona diferents i discretament espaiades (les línies de Balmer Hα, Hβ, Hγ...).
• No: tota transició cap a n = 2 emet la mateixa longitud d'ona.
• La longitud d'ona pot ser qualsevol en un interval continu, no valors discrets.

2 · Configura

1. Obre el predefinit «La sèrie de Balmer» i prem Restableix. La transició per defecte d'aquest predefinit és n = 3 → n = 2 (Hα, la línia vermella de Balmer).
2. Activa la lectura de longitud d'ona emesa.
3. Defineix el nivell d'energia inicial n_initial per a cada prova (baixant a n_final = 2) i enregistra la longitud d'ona emesa.

3 · Recull dades

Representa 1/λ (eix y) contra 1/n_i² (eix x) per a les tres proves. La línia és recta?

4 · Analitza

1. Per a una prova, calcula 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) amb la constant de Rydberg R = 1.097×10⁷ m⁻¹ i n_f = 2. Compara-ho amb la taula.
2. Explica per què les longituds d'ona s'escurcen (més energia) quan n_i augmenta, però la separació entre línies successives (Hα, Hβ, Hγ) s'encongeix: convergeixen cap a un límit de sèrie en lloc d'estendre's indefinidament.

5 · Amplia

1. La sèrie de Balmer és l'única sèrie de l'hidrogen que cau a l'espectre visible (aproximadament 400–700 nm): per això és la descoberta històricament primer, per Johann Balmer el 1885, abans que existís la teoria atòmica subjacent. Explica per què la sèrie de Lyman (baixant a n = 1) i la de Paschen (baixant a n = 3) cauen fora de la llum visible.
2. Els astrònoms identifiquen hidrogen en estrelles llunyanes detectant aquestes longituds d'ona exactes de Balmer en espectres de llum estel·lar. Explica per què trobar una longitud d'ona Balmer-alfa desplaçada (no exacta) en l'espectre d'una estrella diu als astrònoms que l'estrella es mou respecte de la Terra (efecte Doppler).

La física al darrere d'aquest experiment

← Torna a l'experiment

138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles