Physique moderne

Raie Paschen β

Série Paschen infrarouge — émission de plus grande longueur d'onde.

Raie Paschen β — simulation interactive de Physique moderne. Série Paschen infrarouge — émission de plus grande longueur d'onde. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Série de Paschen

Série infrarouge de Paschen — émission de plus grande longueur d'onde.

La série de Paschen (transitions vers n = 3) se situe dans l'infrarouge, illustrant comment le nombre quantique principal fixe l'énergie du photon sur plusieurs décennies de longueur d'onde. Les raies infrarouges apparaissent dans le gaz d'hydrogène froid et certaines transitions laser.

• Transition IR
• n → 3

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 à n = 3 (la série Paschen) libèrent des écarts énergétiques plus petits que les séries Balmer ou Lyman. Cela signifie-t-il que les photons Paschen tombent dans l’infrarouge, au-delà de ce que l’œil peut voir ?

Des pronostics à peser

• Oui, des écarts énergétiques plus petits signifient des longueurs d’onde plus longues, poussant les raies Paschen dans l’infrarouge.
• Non, les lignes Paschen sont toujours visibles.
• Les lignes de Paschen ont en réalité une énergie plus élevée, dans la gamme des rayons X.

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 paschen-beta et appuyez sur Réinitialiser. La transition par défaut de ce préréglage est n = 5 → n = 3 (Paschen-beta).
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 = 3) et enregistrez la longueur d’onde émise.

Équation gouvernante

Série Paschen (Transitions infrarouges) — λ = hc/ΔE

Les transitions se terminant par n_f = 3 impliquent des écarts énergétiques plus petits que les séries Balmer (n_f = 2) ou Lyman (n_f = 1), car les niveaux n supérieurs sont plus rapprochés – produisant des photons infrarouges de longueur d'onde plus longue.

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 = 3. Comparez avec le tableau. Confirmez que les trois longueurs d'onde se situent au-dessus de 1000 nm – infrarouge.
• Comparez la taille de ces longueurs d'onde aux expériences Balmer-alpha et Lyman-alpha. Expliquez le schéma général  : les séries se terminant à un n_f plus élevé (un écart énergétique plus petit par rapport au niveau de référence au sol) produisent des photons de longueur d'onde plus longue et de plus faible énergie.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Les niveaux d'énergie de l'hydrogène se rapprochent à mesure que n augmente (E_n ∝ −1/n²), de sorte que les transitions entre niveaux élevés libèrent moins d'énergie que les transitions impliquant des niveaux faibles. Expliquez pourquoi cet encombrement de niveaux à n élevé explique pourquoi la série de Paschen (n_f = 3) couvre une gamme d'énergies plus large que ce à quoi vous pourriez vous attendre au départ.
• L'astronomie infrarouge utilise exactement ces lignes de la série Paschen (et même Brackett, Pfund) pour étudier l'hydrogène dans les régions poussiéreuses de l'espace où la lumière visible est bloquée. Pourquoi la lumière infrarouge pourrait-elle mieux pénétrer la poussière cosmique que la lumière visible ?

• 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 Paschen β
2. Sélectionnez l'atome
3. Appuyez sur Lecture
4. Transition infrarouge
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