La serie Paschen: líneas de hidrógeno infrarrojas

1 · Predecir

Los electrones que caen hasta n = 3 (la serie Paschen) liberan brechas de energía más pequeñas que las series de Balmer o Lyman. ¿Significa esto que los fotones de Paschen caen en el infrarrojo, más allá de lo que el ojo puede ver?

• Sí, brechas de energía más pequeñas significan longitudes de onda más largas, lo que empuja las líneas de Paschen hacia el infrarrojo.
• No, las líneas de Paschen todavía son visibles.
• Las líneas de Paschen son en realidad de mayor energía, en el rango de los rayos X.

2 · Configurar

1. Abra el preajuste paschen-beta y presione Restablecer. La transición predeterminada de este ajuste preestablecido es n = 5 → n = 3 (Paschen-beta).
2. Habilite la lectura de longitud de onda emitida.
3. Establezca el nivel de energía inicial n_initial para cada prueba (bajando a n_final = 3) y registre la longitud de onda emitida.

3 · Recopilar datos

Trace la longitud de onda emitida λ (eje y) contra el nivel inicial n_i (eje x) para sus tres pruebas.

4 · Analizar

1. Para una prueba, calcule 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) usando n_f = 3. Compare con la tabla. Confirme que las tres longitudes de onda caen por encima de 1000 nm: infrarrojo.
2. Compare el tamaño de estas longitudes de onda con los experimentos de Balmer-alfa y Lyman-alfa. Explique el patrón general: las series que terminan en un n_f más alto (una brecha de energía más pequeña con respecto al nivel de referencia del suelo) producen fotones de longitud de onda más larga y de menor energía.

5 · Ampliar

1. Los niveles de energía del hidrógeno se acercan a medida que n aumenta (E_n ∝ −1/n²), por lo que las transiciones entre niveles altos liberan menos energía que las transiciones que involucran niveles bajos. Explique por qué esta acumulación de niveles en n alto explica por qué la serie de Paschen (n_f = 3) abarca una gama de LONGITUDES DE ONDA más amplia que la serie de Balmer o la de Lyman, aunque su rango de energía absoluto es el más pequeño de los tres (energías pequeñas y muy próximas se corresponden con una extensión estirada en 1/E = λ/hc).
2. La astronomía infrarroja utiliza exactamente estas líneas de la serie Paschen (e incluso Brackett, Pfund, de longitud de onda más larga) para estudiar el hidrógeno en regiones polvorientas del espacio donde la luz visible está bloqueada. ¿Por qué la luz infrarroja podría penetrar el polvo cósmico mejor que la luz visible?

La física detrás de este experimento

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