Moderni fysiikka

Balmerin α (Hα) -viiva

Aseta n_i→n_f – emissioviivan väri vastaa Rydbergin kaavan λ:ta.

Balmerin α (Hα) -viiva – interaktiivinen Moderni fysiikka-simulaatio. Aseta n_i→n_f – emissioviivan väri vastaa Rydbergin kaavan λ:ta. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Balmerin sarja

Aseta n_i→n_f – emissioviivan väri vastaa Rydbergin kaavan λ:ta.

Vetyatomin siirtymät tasolle n = 2 emitoivat näkyviä Balmerin viivoja, joiden aallonpituudet tulevat Rydbergin kaavasta 1/λ = R_H(1/4 − 1/n²). Hα kohdassa 656 nm on kirkkain punainen viiva – käytössä tähtitieteessä vedyn tunnistamiseen ja punasiirtymän mittaamiseen.

• 1/λ = R(1/2²−1/n²)
• Hα punainen viiva

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Vetyatomin elektroni putoaa korkeammalta energiatasolta tasolle n = 2 emitoiden fotonin (Balmerin sarja – ainoa vetyviivoista, jotka ihmissilmä näkee). Riippuuko emitoitava aallonpituus siitä, miltä tasolta elektroni lähti?

Punniteltavat ennusteet

• Kyllä – eri lähtötasot antavat erillisiä, diskreetisti sijoittuneita aallonpituuksia (Balmerin viivat Hα, Hβ, Hγ...).
• Ei – jokainen siirtymä tasolle n = 2 emitoi saman aallonpituuden.
• Aallonpituus voi olla mikä tahansa jatkuvalla välillä, ei diskreettejä arvoja.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Lähtötaso n_i

Mitä mittaat:

• Emitoitu aallonpituus λ (nm)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa Balmer Alfa -esiasetus ja paina Nollaa. Tämän esiasetuksen oletussiirtymä on n = 3 → n = 2 (Hα, punainen Balmerin viiva).
2. Ota käyttöön emitoitavan aallonpituuden lukema.
3. Aseta lähtöenergiataso n_initial jokaiselle suoritukselle (putoamalla tasolle n_final = 2) ja kirjaa emitoitu aallonpituus.

Hallitseva yhtälö

Fotonin aallonpituuden ja energian suhde — λ = hc/ΔE

Kun Bohrin mallin energiatasosiirtymä (tasolta n_i tasolle n_f) antaa emittoituneen fotonin energian ΔE, sen aallonpituus seuraa suoraan kaavasta λ = hc/ΔE — sama suhde, joka yhdistää minkä tahansa fotonin energian sen aallonpituuteen. Tasojen välin itsensä, ja siten ΔE:n, määrittää Rydbergin kaava 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²).

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) Rydbergin vakiolla R = 1.09678×10⁷ m⁻¹ ja arvolla n_f = 2. Vertaa taulukkoon.
• Selitä, miksi aallonpituudet lyhenevät (korkeampi energia), kun n_i kasvaa, mutta peräkkäisten viivojen (Hα, Hβ, Hγ) välinen etäisyys kutistuu – ne konvergoivat sarjan rajaan äärettömän levittäytymisen sijaan.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Balmerin sarja on ainoa vetyatomin sarja, joka sijoittuu näkyvään spektriin (suunnilleen 400–700 nm) – siksi se historiallisesti löydettiin ensin, Johann Balmerin toimesta vuonna 1885, ennen taustalla olevaa atomiteoriaa. Selitä, miksi Lymanin sarja (putoamalla tasolle n = 1) ja Paschenin sarja (putoamalla tasolle n = 3) sijoittuvat näkyvän valon ulkopuolelle.
• Tähtitieteilijät tunnistavat vedyn kaukaisista tähdistä havaitsemalla nämä täsmälliset Balmerin aallonpituudet tähtivalon spektreissä. Selitä, miksi siirtyneen (ei täsmällisen) Balmerin alfa -aallonpituuden löytäminen tähden spektristä kertoo tähtitieteilijöille, että tähti liikkuu suhteessa Maahan (Doppler-ilmiö).

• 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

1. Tervetuloa Balmer Alfaan
2. Valitse atomi
3. Paina Toista
4. Näkyvä vetyviiva
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Bohrin malli ja vetyatomin spektrit