Balmerin sarja: näkyvät vetyatomin spektriviivat

1 · Ennusta

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?

• Kyllä – eri lähtötasot antavat eri, diskreetisti välittyneitä 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.

2 · Kokoa

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.

3 · Kerää data

Kuvaa 1/λ (y-akseli) arvoa 1/n_i² vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi. Onko viiva suora?

4 · Analysoi

1. Yhdelle suoritukselle laske 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) Rydbergin vakiolla R = 1.097×10⁷ m⁻¹ ja arvolla n_f = 2. Vertaa taulukkoon.
2. 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.

5 · Laajenna

1. 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.
2. 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).

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia