Moderne Physik
Balmer-α (Hα)-Linie
n_i→n_f setzen — Emissionslinienfarbe entspricht λ aus Rydberg-Formel.
Balmer-α (Hα)-Linie — interaktive Moderne Physik-Simulation. n_i→n_f setzen — Emissionslinienfarbe entspricht λ aus Rydberg-Formel. Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Balmer-Serie
Stelle n_i→n_f ein — die Emissionslinienfarbe entspricht λ aus der Rydberg-Formel.
Übergänge des Wasserstoffs zu n = 2 emittieren sichtbare Balmer-Linien mit Wellenlängen aus der Rydberg-Formel 1/λ = R_H(1/4 − 1/n²). Hα bei 656 nm ist die hellste rote Linie — in der Astronomie genutzt, um Wasserstoff zu identifizieren und Rotverschiebung zu messen.
- 1/λ = R(1/2²−1/n²)
- Hα rote Linie
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Fahrfrage
Ein Elektron in einem Wasserstoffatom fällt von einem höheren Energieniveau auf das Niveau n = 2 und emittiert dabei ein Photon (die Balmer-Reihe – die einzigen Wasserstofflinien, die für das menschliche Auge sichtbar sind). Hängt die emittierte Wellenlänge davon ab, von welchem Niveau das Elektron gestartet ist?
Vorhersagen zum Abwägen
- Ja – unterschiedliche Ausgangsniveaus ergeben unterschiedliche, diskret beabstandete Wellenlängen (die Balmer-Linien Hα, Hβ, Hγ...).
- Nein – jeder Übergang bis n = 2 emittiert die gleiche Wellenlänge.
- Die Wellenlänge kann ein beliebiger Wert in einem kontinuierlichen Bereich sein, keine diskreten Werte.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Startniveau n_i
Was Sie messen:
- Emittierte Wellenlänge λ (nm)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie die Balmer-Alpha-Preset und drücken Sie Zurücksetzen. Der Standardübergang dieser Preset ist n = 3 → n = 2 (Hα, die rote Balmer-Linie).
- Aktivieren Sie die Anzeige der emittierten Wellenlänge.
- Legen Sie das Startenergieniveau n_initial für jeden Versuch fest (absteigend auf n_final = 2) und zeichnen Sie die emittierte Wellenlänge auf.
Maßgebende Gleichung
Rydberg-Formel (Bohr-Modell) — λ = hc/ΔE
Die Wellenlänge des emittierten Lichts, wenn ein Wasserstoffelektron vom Niveau n_i auf n_f fällt, folgt 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²), wobei R die Rydberg-Konstante ist – eine direkte Folge der quantisierten Energieniveaus des Bohr-Modells.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie für einen Versuch 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) unter Verwendung der Rydberg-Konstante R = 1.097×10⁷ m⁻¹ und n_f = 2. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
- Erklären Sie, warum die Wellenlängen mit zunehmendem n_i kürzer werden (höhere Energie), aber der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Linien (Hα, Hβ, Hγ) kleiner wird – sie konvergieren in Richtung einer Seriengrenze, anstatt sich auf unbestimmte Zeit auszubreiten.
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Die Balmer-Reihe ist die einzige Wasserstoffreihe, die in das sichtbare Spektrum fällt (ungefähr 400–700 nm) – deshalb ist sie historisch gesehen diejenige, die zuerst von Johann Balmer in 1885 entdeckt wurde, bevor die zugrunde liegende Atomtheorie existierte. Erklären Sie, warum die Lyman-Reihe (fallend auf n = 1) und die Paschen-Reihe (fallend auf n = 3) außerhalb des sichtbaren Lichts liegen.
- Astronomen identifizieren Wasserstoff in fernen Sternen, indem sie genau diese Balmer-Wellenlängen in Sternenlichtspektren erfassen. Erklären Sie, warum das Finden einer verschobenen (nicht exakten) Balmer-Alpha-Wellenlänge im Spektrum eines Sterns den Astronomen sagt, dass sich der Stern relativ zur Erde bewegt (der Doppler-Effekt).
- 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
- Willkommen bei Balmer-Alpha
- Atom auswählen
- Abspielen drücken
- Sichtbare Wasserstofflinie
- Inspektor öffnen
- Geschafft!
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.
Das Bohrsche Modell & Wasserstoffspektren