Balmerova série: viditelné spektrální čáry vodíku

1 · Predikuj

Elektron v atomu vodíku klesá z vyšší energetické hladiny na hladinu n = 2 a emituje foton (Balmerova série — jediné čáry vodíku viditelné lidským okem). Závisí emitovaná vlnová délka na tom, ze které hladiny elektron začal?

• Ano — různé výchozí hladiny dávají různé, diskrétně rozestavené vlnové délky (čáry Balmera Hα, Hβ, Hγ…).
• Ne — každý přechod dolů na n = 2 emituje stejnou vlnovou délku.
• Vlnová délka může být cokoli ve spojitém rozsahu, ne diskrétní hodnoty.

2 · Sestavení

1. Otevři předvolbu balmer-alpha a stiskni Resetovat. Výchozí přechod této předvolby je n = 3 → n = 2 (Hα, červená Balmerova čára).
2. Zapni odečet emitované vlnové délky.
3. Nastav výchozí energetickou hladinu n_initial pro každý pokus (klesající na n_final = 2) a zapiš emitovanou vlnovou délku.

3 · Sbírej data

Vynes 1/λ (osa y) proti 1/n_i² (osa x) pro své tři pokusy. Je čára přímá?

4 · Analyzuj

1. Pro jeden pokus spočti 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) s Rydbergovou konstantou R = 1.09678×10⁷ m⁻¹ a n_f = 2. Porovnej s tabulkou.
2. Vysvětli, proč vlnové délky se zkracují (vyšší energie), jak roste n_i, ale rozestupy mezi po sobě jdoucími čárami (Hα, Hβ, Hγ) se zmenšují — konvergují k limitě série, místo aby se rozebíhaly do nekonečna.

5 · Rozšiř

1. Balmerova série je jediná série vodíku, která spadá do viditelného spektra (zhruba 400–700 nm) — proto byla historicky objevena první, Johannem Balmerem v roce 1885, před existencí atomové teorie. Vysvětli, proč Lymanova série (přechody na n = 1) a Paschenova série (přechody na n = 3) spadají mimo viditelné světlo.
2. Astronomové identifikují vodík ve vzdálených hvězdách detekcí přesně těchto Balmerových vlnových délek ve spektrech hvězdného světla. Vysvětli, proč nalezení posunuté (ne přesné) vlnové délky Balmer-alfa ve spektru hvězdy říká astronomům, že hvězda se pohybuje vzhledem k Zemi (Dopplerův jev).

Fyzika za tímto experimentem

← Zpět na experiment

138 bezplatných tisknutelných pracovních listů z fyziky