فیزیک نوین
خط بالمر α (Hα)
n_i→n_f را تنظیم کنید — رنگ خط گسیل با λ از فرمول ریدبرگ می‌خواند.
خط بالمر α (Hα) — شبیه‌سازی تعاملی فیزیک نوین. n_i→n_f را تنظیم کنید — رنگ خط گسیل با λ از فرمول ریدبرگ می‌خواند. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازه‌گیری‌های زندهٔ SI و آموزش هدایت‌شده.
سری بالمر
n_i→n_f را تنظیم کنید — رنگ خط گسیل با λ از فرمول ریدبرگ می‌خواند.
گذارهای هیدروژن به n = 2 خطوط مرئی بالمر با طول موج‌های فرمول ریدبرگ 1/λ = R_H(1/4 − 1/n²) گسیل می‌کنند. Hα در 656 nm روشن‌ترین خط قرمز است — در اخترشناسی برای شناسایی هیدروژن و سنجش سرخ‌گرایی استفاده می‌شود.
- 1/λ = R(1/2²−1/n²)
- خط قرمز Hα
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامه‌ریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیش‌بینی‌های رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسش‌های گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید می‌مانند.
پرسش محوری
الکترونی در اتم هیدروژن از تراز انرژی بالاتر به تراز n = 2 پایین می‌آید و فوتونی گسیل می‌کند (سری بالمر — تنها خطوط هیدروژنِ قابل دید با چشم انسان). آیا طول موج گسیل‌شده به ترازی که الکترون از آن آغاز کرده بستگی دارد؟
پیش‌بینی‌هایی که باید سنجیده شوند
- بله — ترازهای آغازین متفاوت، طول موج‌های متفاوت و گسسته‌پخشیده می‌دهند (خطوط بالمر Hα، Hβ، Hγ…).
- نه — هر گذاری به n = 2 همان طول موج را گسیل می‌کند.
- طول موج می‌تواند هر مقداری در دامنهٔ پیوسته باشد، نه مقدارهای گسسته.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم می‌کنید:
- تراز آغازین n_i
آنچه اندازه می‌گیرید:
- طول موج گسیل‌شده λ (nm)
پژوهش چگونه اجرا می‌شود
- پیش‌تنظیم balmer-alpha را باز کنید و Reset را بفشارید. گذار پیش‌فرض این پیش‌تنظیم n = 3 → n = 2 است (Hα، خط سرخ بالمر).
- قرائت طول موج گسیلی را فعال کنید.
- تراز انرژی آغازین n_initial را برای هر آزمایش تنظیم کنید (با فرود به n_final = 2) و طول موج گسیل‌شده را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
رابطهٔ طول موج–انرژی فوتون — λ = hc/ΔE
به محض اینکه گذار ترازهای انرژی در مدل بوهر (از n_i به n_f) انرژی فوتون گسیل‌شده ΔE را بدهد، طول موج آن مستقیماً از λ = hc/ΔE به دست می‌آید — همان رابطه‌ای که انرژی هر فوتون را به طول موجش پیوند می‌زند. خود فاصلهٔ ترازها، و در نتیجه ΔE، توسط فرمول ریدبرگ 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) تعیین می‌شود.
برگهٔ کار چاپی از دانش‌آموزان چه می‌خواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) را با ثابت ریدبرگ R = 1.09678×10⁷ m⁻¹ و n_f = 2 حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا با زیادشدن n_i طول موج‌ها کوتاه‌تر (پرانرژی‌تر) می‌شوند اما فاصلهٔ میان خط‌های پیاپی (Hα، Hβ، Hγ) کوچک‌تر — به حد سری می‌گرایند نه بی‌نهایت باز شوند.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان می‌دهد
- سری بالمر تنها سری هیدروژن است که در طیف مرئی (تقریباً 400–700 nm) می‌افتد — به همین دلیل است که تاریخی نخستین‌بار توسط یوهان بالمر در 1885 کشف شد، پیش از آنکه نظریهٔ اتمی زیربنایی وجود داشته باشد. توضیح دهید چرا سری لیمن (فرود به n = 1) و سری پاشن (فرود به n = 3) بیرون از نور مرئی می‌افتند.
- منجمان هیدروژن ستارگان دور را با دیدن همین طول موج‌های بالمر در طیف نور ستاره شناسایی می‌کنند. توضیح دهید چرا یافتن طول موج بالمر-آلفای «جابه‌جاشده» (نه دقیق) در طیف ستاره، به منجم می‌گوید ستاره نسبت به زمین حرکت دارد (اثر دوپلر).
- 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
- به بالمر-آلفا خوش آمدید
- انتخاب اتم
- Play را بفشارید
- خط مرئی هیدروژن
- پنل ویژگی‌ها را باز کنید
- انجامش دادید!
شبیه‌سازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازه‌گیری‌های زنده و آموزش هدایت‌شده کاوش کنید.