Paschen-serien: Infrarøde brintlinjer

1 · Forudsig

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?

• 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.

2 · Opsætning

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.

3 · Saml data

Afbild udsendt bølgelængde λ (y-aksen) mod startniveau n_i (x-aksen) for dine tre forsøg.

4 · Analysér

1. 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.
2. 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.

5 · Udvid

1. 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.
2. 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?

Fysikken bag dette eksperiment

← Tilbage til eksperimentet

138 gratis printbare fysik-labark