Balmer-serien: Synlige brintspektrallinjer

1 · Forudsig

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?

• 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.

2 · Opsætning

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.

3 · Saml data

Afbild 1/λ (y-aksen) mod 1/n_i² (x-aksen) for dine tre forsøg. Er linjen ret?

4 · Analysér

1. 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.
2. 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.

5 · Udvid

1. 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.
2. 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).

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark