Η σειρά Balmer: Ορατές φασματικές γραμμές υδρογόνου

1 · Πρόβλεψε

Ηλεκτρόνιο σε άτομο υδρογόνου πέφτει από υψηλότερο ενεργειακό επίπεδο στο επίπεδο n = 2, εκπέμποντας φωτόνιο (η σειρά Balmer — οι μόνοι γραμμές υδρογόνου ορατές στο ανθρώπινο μάτι). Εξαρτάται το εκπεμπόμενο μήκος κύματος από το επίπεδο από το οποίο ξεκίνησε το ηλεκτρόνιο;

• Ναι — διαφορετικά επίπεδα εκκίνησης δίνουν διαφορετικά, διακριτικά απέχοντα μήκη κύματος (οι γραμμές Balmer Hα, Hβ, Hγ...).
• Όχι — κάθε μετάβαση προς n = 2 εκπέμπει το ίδιο μήκος κύματος.
• Το μήκος κύματος μπορεί να είναι οτιδήποτε σε συνεχές εύρος, όχι διακριτές τιμές.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή balmer-alpha και πάτησε Επαναφορά. Η προεπιλογή μετάβασης αυτής της προεπιλογής είναι n = 3 → n = 2 (Hα, η κόκκινη γραμμή Balmer).
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη εκπεμπόμενου μήκους κύματος.
3. Ρύθμισε το επίπεδο εκκίνησης n_initial για κάθε δοκιμή (πέφτοντας στο n_final = 2) και κατέγραψε το εκπεμπόμενο μήκος κύματος.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε το 1/λ (άξονας y) έναντι του 1/n_i² (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου. Είναι η γραμμή ευθεία;

4 · Ανάλυση

1. Για μία δοκιμή, υπολόγισε 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) χρησιμοποιώντας τη σταθερά Rydberg R = 1.09678×10⁷ m⁻¹ και n_f = 2. Σύγκρινε με τον πίνακα.
2. Εξήγησε γιατί τα μήκη κύματος μικραίνουν (υψηλότερη ενέργεια) καθώς το n_i μεγαλώνει, αλλά η απόσταση μεταξύ διαδοχικών γραμμών (Hα, Hβ, Hγ) συρρικνώνεται — συγκλίνουν προς όριο σειράς αντί να απλώνονται επ' αόριστον.

5 · Επέκταση

1. Η σειρά Balmer είναι η μόνη σειρά υδρογόνου που πέφτει στο ορατό φάσμα (κατά προσέγγιση 400–700 nm) — γι' αυτό ήταν η μία που ανακαλύφθηκε ιστορικά πρώτη, από τον Johann Balmer το 1885, πριν υπάρξει η υποκείμενη ατομική θεωρία. Εξήγησε γιατί η σειρά Lyman (πέφτοντας στο n = 1) και η σειρά Paschen (πέφτοντας στο n = 3) πέφτουν έξω από το ορατό φως.
2. Αστρονόμοι ταυτοποιούν υδρογόνο σε μακρινούς αστέρες ανιχνεύοντας αυτά τα ακριβή μήκη κύματος Balmer σε φάσματα αστρικού φωτός. Εξήγησε γιατί η εύρεση μετατοπισμένου (όχι ακριβούς) μήκους κύματος Balmer-alpha σε φάσμα αστέρα λέει στους αστρονόμους ότι ο αστέρας κινείται σε σχέση με τη Γη (το φαινόμενο Doppler).

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής