La série Lyman : lignes ultraviolettes d'hydrogène
1 · Prédire
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 ?
- 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.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage lyman-alpha et appuyez sur Réinitialiser. La transition par défaut de ce préréglage est n = 2 → n = 1 (Lyman-alpha).
- Activez la lecture de la longueur d’onde émise.
- Définissez le niveau d’énergie de départ n_initial pour chaque essai (descendant à n_final = 1) et enregistrez la longueur d’onde émise.
3 · Collecter les Données
| Niveau de départ n_i | Longueur d'onde émise λ (nm) |
|---|---|
| 2 | |
| 3 | |
| 4 |
Tracez la longueur d'onde émise λ (axe y) par rapport au niveau de départ n_i (axe x) pour vos trois essais.
4 · Analyser
- 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.
5 · Approfondir
- 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.
La physique derrière cette expérience
Série Lyman (transitions de l'état fondamental)
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.