Balmeri seeria: nähtavad vesiniku spekterjooned

1 · Ennusta

Elektron vesiniku aatomis langeb kõrgemalt energiatasandilt tasandile n = 2, kiirates footoni (Balmeri seeria — ainsad vesiniku jooned, mida inimsilm näeb). Kas kiiratud lainepikkus sõltub sellest, milliselt tasandilt elektron alustas?

• Jah — erinevad algtasandid annavad erinevad, diskreetselt paiknevad lainepikkused (Balmeri jooned Hα, Hβ, Hγ...).
• Ei — iga üleminek tasandile n = 2 kiirgab sama lainepikkuse.
• Lainepikkus saab olla mis tahes pidevas vahemikus, mitte diskreetsed väärtused.

2 · Seadista

1. Ava balmer-alpha eelseadistus ja vajuta Lähtesta. Selle eelseadistuse vaikimisi üleminek on n = 3 → n = 2 (Hα, punane Balmeri joon).
2. Lülita sisse kiiratud lainepikkuse näit.
3. Sea iga katse jaoks algtasand n_initial (langedes tasandile n_final = 2) ja kirjuta üles kiiratud lainepikkus.

3 · Kogu andmeid

Joonista 1/λ (y-telg) 1/n_i² (x-telg) suhtes oma kolme katse jaoks. Kas joon on sirge?

4 · Analüüsi

1. Arvuta ühes katses 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²), kasutades Rydbergi konstanti R = 1.09678×10⁷ m⁻¹ ja n_f = 2. Võrdle tabeliga.
2. Selgita, miks lainepikkused lühenevad (kõrgem energia), kui n_i kasvab, aga järjestikuste joonte (Hα, Hβ, Hγ) vahe kahaneb — nad koonduvad seeria piiri poole pigem kui lõpmatuseni laiali minema.

5 · Laienda

1. Balmeri seeria on ainus vesiniku seeria, mis jääb nähtavasse spekterisse (umbes 400–700 nm) — seepärast avastati ta ajalooliselt esimesena, Johann Balmeri poolt 1885. aastal, enne kui aluseks olev aatomiteooria eksisteeris. Selgita, miks Lymani seeria (langemine tasandile n = 1) ja Pascheni seeria (langemine tasandile n = 3) jäävad nähtavast valgusest välja.
2. Astronoomid tuvastavad vesiniku kaugel tähtedes, tuvastades need täpsed Balmeri lainepikkused tähevalguse spekterites. Selgita, miks nihutatud (mitte täpse) Balmer-alfa lainepikkuse leidmine tähe spektris ütleb astronoomidele, et täht liigub Maa suhtes (Doppleri efekt).

Selle eksperimendi füüsika

← Tagasi eksperimendi juurde

138 tasuta prinditavat füüsika töölehte