Physique moderne

Raie Lyman α

Série Lyman ultraviolette — transition vers l'état fondamental.

Raie Lyman α — simulation interactive de Physique moderne. Série Lyman ultraviolette — transition vers l'état fondamental. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Série de Lyman

Série ultraviolette de Lyman — transition vers l'état fondamental.

Les transitions vers n = 1 produisent des raies ultraviolettes de la série de Lyman à des longueurs d'onde plus courtes que Balmer. Lyman-α à 121.6 nm est proéminente dans les nuages d'hydrogène astrophysiques et fut essentielle pour sonder le milieu intergalactique.

• Transition UV
• Série de Lyman  : n → 1

Mémoire d'enquête

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 de conduite

Les électrons tombant jusqu'à l'état fondamental (n = 1) émettent la série Lyman. Par rapport à la série Balmer (tombant à n = 2), vous attendriez-vous à ce que les photons Lyman aient plus ou moins d'énergie ?

Des pronostics à peser

• Moins d’énergie que les transitions Balmer.
• Plus d'énergie (longueur d'onde plus courte) - le passage à l'état fondamental libère un écart énergétique plus important que le passage à n = 2.
• La même énergie que les transitions Balmer équivalentes.

Rôles 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 lyman-alpha et appuyez sur Réinitialiser. La transition par défaut de ce préréglage est n = 2 → n = 1 (Lyman-alpha).
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 = 1) et enregistrez la longueur d’onde émise.

Équation gouvernante

Série Lyman (transitions de l'état fondamental) — λ = hc/ΔE

Les transitions se terminant par n_f = 1 libèrent les plus grands écarts énergétiques possibles dans l’hydrogène, puisque l’état fondamental se situe bien en dessous de chaque niveau excité – produisant la série spectrale de longueur d’onde la plus courte (énergie la plus élevée), entièrement dans l’ultraviolet.

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 n_f = 1. Comparez avec le tableau. Confirmez que les trois longueurs d'onde sont inférieures à 122 nm – ultraviolet profond, invisible à l'œil.
• Comparez vos longueurs d'onde Lyman aux longueurs d'onde de la lumière visible de l'expérience Balmer-alpha. Expliquez pourquoi passer à n = 1 (un écart énergétique beaucoup plus grand que passer à n = 2) produit toujours des photons de plus haute énergie et de longueur d'onde plus courte.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• La lumière ultraviolette de la série Lyman est presque entièrement absorbée par l'atmosphère terrestre avant d'atteindre le sol. Expliquez pourquoi des télescopes spatiaux (plutôt que des télescopes au sol) sont nécessaires pour observer l'émission Lyman-alpha de l'hydrogène provenant d'objets astronomiques lointains.
• Comme n_i → ∞, 1/λ se rapproche exactement de R (la limite de la série), correspondant à un électron s'échappant à peine entièrement de l'atome (ionisation) plutôt qu'à une transition spécifique. À l’aide de votre formule, expliquez pourquoi la limite de série représente l’énergie d’ionisation de l’état fondamental.

• 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 Lyman α
2. Sélectionnez l'atome
3. Appuyez sur Lecture
4. Transition ultraviolette
5. Ouvrez l'Inspecteur
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