Η σειρά Paschen: Υπέρυθρες γραμμές υδρογόνου

1 · Πρόβλεψε

Ηλεκτρόνια που πέφτουν στο n = 3 (η σειρά Paschen) απελευθερώνουν μικρότερα ενεργειακά κενά από τη σειρά Balmer ή Lyman. Σημαίνει αυτό ότι τα φωτόνια Paschen πέφτουν στο υπέρυθρο, πέρα από ό,τι μπορεί να δει το μάτι;

• Ναι — μικρότερα ενεργειακά κενά σημαίνουν μεγαλύτερα μήκη κύματος, ωθώντας τις γραμμές Paschen στο υπέρυθρο.
• Όχι — οι γραμμές Paschen εξακολουθούν να είναι ορατές.
• Οι γραμμές Paschen είναι στην πραγματικότητα υψηλότερης ενέργειας, στο εύρος ακτίνων Χ.

2 · Διάταξη

1. Άνοιξε την προεπιλογή paschen-beta και πάτησε Επαναφορά. Η προεπιλεγμένη μετάβαση αυτής της προεπιλογής είναι n = 5 → n = 3 (Paschen-beta).
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη εκπεμπόμενου μήκους κύματος.
3. Ρύθμισε το επίπεδο εκκίνησης n_initial για κάθε δοκιμή (πέφτοντας στο n_final = 3) και κατέγραψε το εκπεμπόμενο μήκος κύματος.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Χαράξε το εκπεμπόμενο μήκος κύματος λ (άξονας y) έναντι του επιπέδου εκκίνησης n_i (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου.

4 · Ανάλυση

1. Για μία δοκιμή, υπολόγισε 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) χρησιμοποιώντας n_f = 3. Σύγκρινε με τον πίνακα. Επιβεβαίωσε ότι και τα τρία μήκη κύματος πέφτουν πάνω από 1000 nm — υπέρυθρα.
2. Σύγκρινε το μέγεθος αυτών των μηκών κύματος με τα πειράματα balmer-alpha και lyman-alpha. Εξήγησε το συνολικό σχήμα: σειρές που τελειώνουν σε υψηλότερο n_f (μικρότερο ενεργειακό κενό στο επίπεδο αναφοράς βασικής κατάστασης) παράγουν φωτόνια μεγαλύτερου μήκους κύματος, χαμηλότερης ενέργειας.

5 · Επέκταση

1. Τα ενεργειακά επίπεδα υδρογόνου πλησιάζουν μεταξύ τους καθώς το n μεγαλώνει (E_n ∝ −1/n²), ώστε μεταβάσεις μεταξύ υψηλών επιπέδων απελευθερώνουν λιγότερη ενέργεια από μεταβάσεις που περιλαμβάνουν χαμηλά επίπεδα. Εξήγησε γιατί αυτή η συνωστίση επιπέδων σε υψηλό n εξηγεί γιατί η σειρά Paschen (n_f = 3) καλύπτει ευρύτερο εύρος ενεργειών από ό,τι θα περίμενες αρχικά.
2. Η υπέρυθρη αστρονομία χρησιμοποιεί ακριβώς αυτές τις γραμμές σειρών Paschen (και ακόμη μεγαλύτερου μήκους κύματος Brackett, Pfund) για να μελετήσει υδρογόνο σε σκόνες περιοχές του χώρου όπου το ορατό φως μπλοκάρεται. Γιατί το υπέρυθρο φως μπορεί να διεισδύσει καλύτερα από το ορατό φως στο κοσμικό σκόνη;

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

← Πίσω στο πείραμα

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής