Moderne fysik

Lyman-α-linje

Ultraviolet Lyman-serie — overgang til grundtilstanden.

Lyman-α-linje — interaktiv Moderne fysik-simulation. Ultraviolet Lyman-serie — overgang til grundtilstanden. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.

Lyman-serien

Ultraviolet Lyman-serie — overgang til grundtilstanden.

Overgange til n = 1 giver ultraviolette Lyman-linjer ved kortere bølgelængde end Balmer. Lyman-α ved 121.6 nm er fremtrædende i astrofysiske brintskyer og var nøglen til at undersøge det intergalaktiske medium.

• UV-overgang
• n → 1

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

Elektroner, der falder hele vejen ned til grundtilstanden (n = 1), udsender Lyman-serien. Sammenlignet med Balmer-serien (nedfald til n = 2), ville du så forvente, at Lyman-fotoner har mere eller mindre energi?

Forudsigelser at afveje

• Mindre energi end Balmer-overgange.
• Mere energi (kortere bølgelængde) — nedfald til grundtilstanden frigør en større energiforskel end nedfald til n = 2.
• Samme energi som tilsvarende Balmer-overgange.

Variablers roller

Det, du indstiller:

• Startniveau n_i

Det, du måler:

• Emissionsbølgelængde λ (nm)

Sådan forløber undersøgelsen

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

Styrende ligning

Lyman-serien (overgange til grundtilstanden) — λ = hc/ΔE

Overgange, der ender ved n_f = 1, frigør de størst mulige energiforskelle i brint, da grundtilstanden ligger langt under hvert eksiteret niveau — hvilket giver den kortbølgede (højeste energi) spektralserie, helt i det ultraviolette.

Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud

• Beregn for ét forsøg 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) med n_f = 1. Sammenlign med tabellen. Bekræft, at alle tre bølgelængder ligger under 122 nm — dybt ultraviolet, usynligt for øjet.
• Sammenlign dine Lyman-bølgelængder med balmer-alpha-eksperimentets bølgelængder i synligt lys. Forklar, hvorfor nedfald til n = 1 (en meget større energiforskel end nedfald til n = 2) altid giver fotoner med højere energi og kortere bølgelængde.

Hvor det viser sig uden for laboratoriet

• Lyman-seriens ultraviolette lys absorberes næsten fuldstændigt af Jordens atmosfære, før det når jorden. Forklar, hvorfor rumteleskoper (frem for jordbaserede) skal til for at observere brints Lyman-alfa-emission fra fjerne astronomiske objekter.
• Når n_i → ∞, nærmer 1/λ sig R præcis (serigrænsen), svarende til en elektron, der knap nok slipper helt ud af atomet (ionisation) frem for en bestemt overgang. Brug din formel til at forklare, hvorfor serigrænsen repræsenterer ionisationsenergien fra grundtilstanden.

• 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 Lyman-alfa
2. Vælg atomet
3. Tryk på Afspil
4. Ultraviolet overgang
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