Physique moderne

Raie Balmer α (Hα)

Réglez n_i→n_f — la couleur de la raie d'émission correspond à λ de la formule de Rydberg.

Raie Balmer α (Hα) — simulation interactive de Physique moderne. Réglez n_i→n_f — la couleur de la raie d'émission correspond à λ de la formule de Rydberg. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Série de Balmer

Réglez n_i→n_f — la couleur de la raie d'émission coïncide avec λ de la formule de Rydberg.

Les transitions de l'hydrogène vers n = 2 émettent des raies de Balmer visibles dont les longueurs d'onde proviennent de la formule de Rydberg 1/λ = R_H(1/4 − 1/n²). Hα à 656 nm est la raie rouge la plus brillante — utilisée en astronomie pour identifier l'hydrogène et mesurer le décalage vers le rouge.

• Série de Balmer 1/λ = R(1/2²−1/n²)
• Ligne rouge Hα

Résumé de l'investigation

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question directrice

Un électron dans un atome d'hydrogène passe d'un niveau d'énergie supérieur au niveau n = 2, émettant un photon (la série Balmer - les seules raies d'hydrogène visibles à l'œil humain). La longueur d’onde émise dépend-elle du niveau à partir duquel l’électron est parti ?

Prédictions à évaluer

• Oui — différents niveaux de départ donnent des longueurs d'onde différentes, discrètement espacées (les raies Balmer Hα, Hβ, Hγ...).
• Non - chaque transition jusqu'à n = 2 émet la même longueur d'onde.
• La longueur d'onde peut être n'importe quoi dans une plage continue, et non des valeurs discrètes.

Rôles des variables

Ce que vous définissez  :

• Niveau de départ n_i

Ce que vous mesurez  :

• Longueur d'onde émise λ (nm)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage balmer-alpha et appuyez sur Réinitialiser. La transition par défaut de ce préréglage est n = 3 → n = 2 (Hα, la ligne rouge de Balmer).
2. Activez la lecture de la longueur d’onde émise.
3. Définissez le niveau d’énergie de départ n_initial pour chaque essai (descendant à n_final = 2) et enregistrez la longueur d’onde émise.

Équation gouvernante

Relation longueur d’onde–énergie du photon — λ = hc/ΔE

Une fois que la transition entre niveaux d’énergie du modèle de Bohr (de n_i à n_f) donne l’énergie ΔE du photon émis, sa longueur d’onde suit directement de λ = hc/ΔE — la même relation qui relie l’énergie de tout photon à sa longueur d’onde. L’espacement des niveaux lui-même, et donc ΔE, est fixé par la formule de Rydberg 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²).

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Pour un essai, calculez 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) en utilisant la constante de Rydberg R = 1.09678×10⁷ m⁻¹ et n_f = 2. Comparez avec le tableau.
• Expliquez pourquoi les longueurs d'onde deviennent plus courtes (énergie plus élevée) à mesure que n_i augmente, mais l'espacement entre les lignes successives (Hα, Hβ, Hγ) diminue - elles convergent vers une limite de série plutôt que de s'écarter indéfiniment.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• par Johann Balmer en 1885
• Les astronomes identifient l'hydrogène dans les étoiles lointaines en détectant ces longueurs d'onde exactes de Balmer dans le spectre de la lumière des étoiles. Expliquez pourquoi la découverte d'une longueur d'onde Balmer alpha décalée (pas exacte) dans le spectre d'une étoile indique aux astronomes que l'étoile se déplace par rapport à la Terre (l'effet Doppler).

• 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. Bienvenue dans Balmer α
2. Sélectionnez l'atome
3. Appuyez sur Lecture
4. Raie visible de l'hydrogène
5. Ouvrez le panneau des Propriétés
6. Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Le modèle de Bohr et le spectre de l'hydrogène