Moderni fysiikka

Paschenin β-viiva

Infrapunainen Paschenin sarja – pidemmän aallonpituuden emissio.

Paschenin β-viiva – interaktiivinen Moderni fysiikka-simulaatio. Infrapunainen Paschenin sarja – pidemmän aallonpituuden emissio. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Paschenin sarja

Infrapunainen Paschenin sarja – pidemmän aallonpituuden emissio.

Paschenin sarja (siirtymät tasolle n = 3) sijoittuu infrapunaan havainnollistaen, miten pääkvanttiluku määrää fotonin energian aallonpituusvuosikymmenten yli. Infrapunaviivat ilmestyvät viileässä vetykaasussa ja tietyissä lasersiirtymissä.

• IR-siirtymä
• n → 3

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

Tasolle n = 3 putoavat elektronit (Paschenin sarja) vapauttavat pienempiä energiaeroja kuin Balmerin tai Lymanin sarja. Tarkoittaako tämä, että Paschenin fotonit sijoittuvat infrapunaan, silmän näkyvyyden ulkopuolelle?

Punniteltavat ennusteet

• Kyllä – pienemmät energiaerot tarkoittavat pidempiä aallonpituuksia, työntäen Paschenin viivat infrapunaan.
• Ei – Paschenin viivat ovat silti näkyviä.
• Paschenin viivat ovat oikeastaan korkeamman energian röntgenalueella.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Lähtötaso n_i

Mitä mittaat:

• Emitoitu aallonpituus λ (nm)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa Paschen Beeta -esiasetus ja paina Nollaa. Tämän esiasetuksen oletussiirtymä on n = 5 → n = 3 (Paschen-beeta).
2. Ota käyttöön emitoitavan aallonpituuden lukema.
3. Aseta lähtöenergiataso n_initial jokaiselle suoritukselle (putoamalla tasolle n_final = 3) ja kirjaa emitoitu aallonpituus.

Hallitseva yhtälö

Paschenin sarja (infrapunasiirtymät) — λ = hc/ΔE

Tasolle n_f = 3 päättyvät siirtymät kattavat pienempiä energiaeroja kuin Balmerin (n_f = 2) tai Lymanin (n_f = 1) sarja, koska korkeamman n:n tasot ovat läheisemmin väleistettyjä – tuottaen pidemmän aallonpituuden, infrapunafotoneja.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) arvolla n_f = 3. Vertaa taulukkoon. Varmenna, että kaikki kolme aallonpituutta ylittävät arvon 1000 nm – infrapuna.
• Vertaa näiden aallonpituuksien kokoa balmer-alpha- ja lyman-alpha-kokeisiin. Selitä yleinen kuvio: korkeampaan n_f:ään päättyvät sarjat (pienempi energiaero perustasoon) tuottavat pidemmän aallonpituuden, matalamman energian fotoneja.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Vedyn energiatasot lähestyvät toisiaan, kun n kasvaa (E_n ∝ −1/n²), joten siirtymät korkeiden tasojen välillä vapauttavat vähemmän energiaa kuin matalia tasoja koskevat siirtymät. Selitä, miksi tämä tasojen ahtaus korkealla n selittää, miksi Paschenin sarja (n_f = 3) kattaa leveämmän energiavälin kuin ensimmäisenä odottaisit.
• Infrapunatähtitiede käyttää juuri näitä Paschenin (ja vielä pidempiä aallonpituisia Brackett- ja Pfund-) sarjaviivoja tutkiakseen vetyä avaruuden pölyisillä alueilla, joissa näkyvä valo on estynyt. Miksi infrapunavalo tunkeutuisi kosmiseen pölyyn paremmin kuin näkyvä valo?

• 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 Paschen Beetaan
2. Valitse atomi
3. Paina Toista
4. Infrapunasiirtymä
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