سری بالمر: خطوط طیفی مرئی هیدروژن

1 · پیش‌بینی

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؟

• 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.

2 · آماده‌سازی

1. پیش‌تنظیم balmer-alpha را باز کنید و Reset را بفشارید. گذار پیش‌فرض این پیش‌تنظیم n = 3 → n = 2 است (Hα، خط سرخ بالمر).
2. قرائت طول موج گسیلی را فعال کنید.
3. تراز انرژی آغازین n_initial را برای هر آزمایش تنظیم کنید (با فرود به n_final = 2) و طول موج گسیل‌شده را ثبت کنید.

3 · گردآوری داده

برای سه آزمایش، 1/λ (محور y) را بر حسب 1/n_i² (محور x) رسم کنید. آیا خط راست است؟

4 · تحلیل

1. 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.
2. 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.

5 · گسترش

1. 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.
2. 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).

فیزیک پشت این آزمایش

← بازگشت به آزمایش

138 برگهٔ کار چاپی فیزیک رایگان