Moderne fysik

Balmer-α (Hα)-linje

Indstil n_i→n_f — emissionslinjens farve matcher λ fra Rydberg-formlen.

Balmer-α (Hα)-linje — interaktiv Moderne fysik-simulation. Indstil n_i→n_f — emissionslinjens farve matcher λ fra Rydberg-formlen. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.

Balmer-serien

Indstil n_i→n_f — emissionslinjens farve matcher λ fra Rydberg-formlen.

Overgange i brint ned til n = 2 udsender synlige Balmer-linjer med bølgelængder fra Rydberg-formlen 1/λ = R_H(1/4 − 1/n²). Hα ved 656 nm er den klareste røde linje — brugt i astronomien til at identificere brint og måle rødforskydning.

• 1/λ = R(1/2²−1/n²)
• Hα rød linje

Undersøgelsesoplæg

Planlæg spørgsmålet, før du åbner laboratoriet

Resuméet spejler den forhåndsrenderede side: drivende spørgsmål, konkurrerende forudsigelser, variablernes roller, styrende love, opsætning, analyse- og udvidelsesspørgsmål forbliver synlige og i denne rækkefølge.

Drivende spørgsmål

En elektron i et brintatom falder fra et højere energiniveau ned til niveau n = 2 og udsender en foton (Balmer-serien — de eneste brintlinjer, der er synlige for det menneskelige øje). Afhænger den udsendte bølgelængde af, hvilket niveau elektronen startede fra?

Forudsigelser at afveje

• Ja — forskellige startniveauer giver forskellige, diskret forskudte bølgelængder (Balmer-linjerne Hα, Hβ, Hγ...).
• Nej — hver overgang ned til n = 2 udsender samme bølgelængde.
• Bølgelængden kan være hvad som helst i et kontinuert interval, ikke diskrete værdier.

Variablers roller

Det, du indstiller:

• Startniveau n_i

Det, du måler:

• Emissionsbølgelængde λ (nm)

Sådan forløber undersøgelsen

1. Åbn forudstillingen balmer-alpha, og tryk på Nulstil. Denne forudstillings standardovergang er n = 3 → n = 2 (Hα, den røde Balmer-linje).
2. Slå aflæsningen af udsendt bølgelængde til.
3. Indstil startenerginiveauet n_initial for hvert forsøg (nedfald til n_final = 2), og notér den udsendte bølgelængde.

Styrende ligning

Rydbergformlen (Bohr-model) — λ = hc/ΔE

Bølgelængden af det lys, der udsendes, når en brintelektron falder fra niveau n_i til n_f, følger 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²), hvor R er Rydberg-konstanten — en direkte følge af Bohr-modellens kvantiserede energiniveauer.

Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud

• Beregn for ét forsøg 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) med Rydberg-konstanten R = 1.097×10⁷ m⁻¹ og n_f = 2. Sammenlign med tabellen.
• Forklar, hvorfor bølgelængderne bliver kortere (højere energi), efterhånden som n_i vokser, men afstanden mellem successive linjer (Hα, Hβ, Hγ) krymper — de konvergerer mod en serigrænse i stedet for at spredes uendeligt.

Hvor det viser sig uden for laboratoriet

• Balmer-serien er den eneste brintserie, der ligger i det synlige spektrum (omtrent 400–700 nm) — derfor var det også den, der historisk blev opdaget først, af Johann Balmer i 1885, før den underliggende atomteori fandtes. Forklar, hvorfor Lyman-serien (nedfald til n = 1) og Paschen-serien (nedfald til n = 3) ligger uden for synligt lys.
• Astronomer identificerer brint i fjerne stjerner ved at detektere netop disse Balmer-bølgelængder i stjernelysets spektra. Forklar, hvorfor det at finde en forskudt (ikke eksakt) Balmer-alfa-bølgelængde i en stjernes spektrum fortæller astronomerne, at stjernen bevæger sig i forhold til Jorden (dopplereffekten).

• AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
• IB Physics — E.1 Structure of the atom
• General High School Physics — Modern physics intro
• NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light

1. Velkommen til Balmer-alfa
2. Vælg atomet
3. Tryk på Afspil
4. Synlig brintlinje
5. Åbn egenskabspanelet
6. Du klarede det!

Åbn den interaktive simulation for at bygge scenen, tryk på Afspil og udforsk med live-målinger og en guidet gennemgang.

Åbn interaktivt laboratorium →

Download labark →

Bohrs atommodel og brintspektre