سری پاشن: خطوط فروسرخ هیدروژن

1 · پیش‌بینی

الکترون‌هایی که به n = 3 می‌افتند (سری پاشن) شکاف‌های انرژی کوچک‌تری از سری بالمر یا لیمن آزاد می‌کنند. آیا این یعنی فوتون‌های پاشن در فروسرخ، فراتر از آنچه چشم می‌بیند، می‌افتند؟

2 · آماده‌سازی

  1. پیش‌تنظیم paschen-beta را باز کنید و Reset را بفشارید. گذار پیش‌فرض این پیش‌تنظیم n = 5 → n = 3 است (پاشن-بتا).
  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 = 3) و طول موج گسیل‌شده را ثبت کنید.

3 · گردآوری داده

تراز آغازین n_iطول موج گسیل‌شده λ (nm)
4
5
6

برای سه آزمایش، طول موج گسیلی λ (محور y) را بر حسب تراز آغازین n_i (محور x) رسم کنید.

4 · تحلیل

  1. برای یک آزمایش، 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) را با n_f = 3 حساب کنید. با جدول مقایسه کنید. تأیید کنید هر سه طول موج بالای 1000 nm می‌افتند — فروسرخ.
  2. اندازهٔ این طول موج‌ها را با آزمایش‌های بالمر-آلفا و لیمان-آلفا مقایسه کنید. الگوی کلی را توضیح دهید: سری‌های پایان‌یابنده در n_f بالاتر (شکاف انرژی کوچک‌تر تا تراز مرجع پایه) فوتون‌های بلندول و کم‌انرژی‌تری می‌دهند.

5 · گسترش

  1. ترازهای انرژی هیدروژن با بزرگ شدن n به هم نزدیک‌تر می‌شوند (E_n ∝ −1/n²)، پس گذارهای میان ترازهای بالا انرژی کمتری از گذارهای درگیرِ ترازهای پایین آزاد می‌کنند. توضیح دهید چرا همین ازهم‌فشردگی ترازها در n های بالا توضیح می‌دهد که سری پاشن (n_f = 3) بازهٔ گسترده‌تری از طول موج‌ها را نسبت به سری بالمر یا لایمن می‌پوشاند، هرچند بازهٔ مطلق انرژی آن کوچک‌ترینِ هر سه است (انرژی‌های کوچک و نزدیک به هم در 1/E = λ/hc به گستره‌ای کشیده نگاشت می‌شوند).
  2. نجوم فروسرخ از همین خطوط پاشن (و حتی بلندول‌تر براکت و pfund) برای مطالعهٔ هیدروژن در ناحیه‌های غبارآسمانی که نور مرئی بسته می‌شود به کار می‌برد. چرا نور فروسرخ بهتر از نور مرئی از غبار کیهانی می‌گذرد؟

فیزیک پشت این آزمایش

سری پاشن (گذارهای فروسرخ)

گذارهایی که به n_f = 3 ختم می‌شوند شکاف‌های انرژی کوچک‌تری از سری بالمر (n_f = 2) یا لیمن (n_f = 1) دارند، چون ترازهای n بالاتر فشرده‌تر کنار هم‌اند — و فوتون‌های طول‌موج‌بلندترِ فروسرخ تولید می‌کنند.

← بازگشت به آزمایش

فیزیک نوین

138 برگهٔ کار چاپی فیزیک رایگان