La série Paschen : lignes d'hydrogène infrarouges
1 · Prédire
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 ?
- 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.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage paschen-beta et appuyez sur Réinitialiser. La transition par défaut de ce préréglage est n = 5 → n = 3 (Paschen-beta).
- 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 = 3) et enregistrez la longueur d’onde émise.
3 · Collecter les Données
| Niveau de départ n_i | Longueur d'onde émise λ (nm) |
|---|---|
| 4 | |
| 5 | |
| 6 |
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 = 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.
5 · Approfondir
- 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 ?
La physique derrière cette expérience
Série Paschen (Transitions infrarouges)
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.