Moderne fysik

Paschen-β-linje

Infrarød Paschen-serie — emission med længere bølgelængde.

Paschen-β-linje — interaktiv Moderne fysik-simulation. Infrarød Paschen-serie — emission med længere bølgelængde. Gratis virtuelt fysiklaboratorium i browseren med live SI-målinger og en guidet gennemgang.

Paschen-serien

Infrarød Paschen-serie — emission ved længere bølgelængde.

Paschen-serien (overgange til n = 3) ligger i det infrarøde og viser, hvordan hovedkvantetallet bestemmer fotonenergien over mange dekader af bølgelængde. Infrarøde linjer optræder i kølig brintgas og ved visse laserovergange.

• IR-overgang
• n → 3

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 til n = 3 (Paschen-serien), frigør mindre energiforskelle end Balmer- eller Lyman-serien. Betyder det, at Paschen-fotoner ligger i det infrarøde, uden for hvad øjet kan se?

Forudsigelser at afveje

• Ja — mindre energiforskelle betyder længere bølgelængder, hvilket skubber Paschen-linjerne ind i det infrarøde.
• Nej — Paschen-linjerne er stadig synlige.
• Paschen-linjerne har faktisk højere energi, i røntgenområdet.

Variablers roller

Det, du indstiller:

• Startniveau n_i

Det, du måler:

• Emissionsbølgelængde λ (nm)

Sådan forløber undersøgelsen

1. Åbn forudstillingen paschen-beta, og tryk på Nulstil. Denne forudstillings standardovergang er n = 5 → n = 3 (Paschen-beta).
2. Slå aflæsningen af udsendt bølgelængde til.
3. Indstil startenerginiveauet n_initial for hvert forsøg (nedfald til n_final = 3), og notér den udsendte bølgelængde.

Styrende ligning

Paschen-serien (infrarøde overgange) — λ = hc/ΔE

Overgange, der ender ved n_f = 3, involverer mindre energiforskelle end Balmer- (n_f = 2) eller Lyman-serien (n_f = 1), da højere n-niveauer ligger tættere — hvilket giver længere bølgelængder og infrarøde fotoner.

Det, det printbare arbejdsark beder eleverne regne ud

• Beregn for ét forsøg 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) med n_f = 3. Sammenlign med tabellen. Bekræft, at alle tre bølgelængder ligger over 1000 nm — infrarødt.
• Sammenlign størrelsen af disse bølgelængder med balmer-alpha- og lyman-alpha-eksperimenterne. Forklar det overordnede mønster: serier, der ender ved højere n_f (en mindre energiforskel til referenceniveauet), giver længere bølgelængder og fotoner med lavere energi.

Hvor det viser sig uden for laboratoriet

• Brints energiniveauer ligger tættere sammen, efterhånden som n vokser (E_n ∝ −1/n²), så overgange mellem høje niveauer frigør mindre energi end overgange, der involverer lave niveauer. Forklar, hvorfor denne tætning af niveauer ved højt n forklarer, at Paschen-serien (n_f = 3) spænder over et bredere energiområde, end man måske umiddelbart skulle tro.
• Infrarød astronomi bruger netop disse Paschen-linjer (og de endnu længere bølgelængde Brackett- og Pfund-linjer) til at studere brint i støvede egne af rummet, hvor synligt lys blokeres. Hvorfor kan infrarødt lys trænge bedre gennem kosmisk støv end synligt lys?

• 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 Paschen-beta
2. Vælg atomet
3. Tryk på Afspil
4. Infrarød 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