A Balmer-sorozat: a hidrogén látható színképvonalai

1 · Jóslás

Egy elektron a hidrogénatomban egy magasabb energiaszintről az n = 2-es szintre esik, foton kibocsátásával (a Balmer-sorozat — a hidrogén emberi szemmel látható egyedüli vonalai). A kibocsátott hullámhossz függ attól, melyik szintről indult az elektron?

• Igen — a különböző kiindulási szintek különböző, diszkréten sűrűsödő hullámhosszakat adnak (a Balmer-vonalak Hα, Hβ, Hγ...).
• Nem — minden az n = 2-re eső átmenet ugyanazt a hullámhosszat bocsátja ki.
• A hullámhossz bármi lehet egy folytonos tartományban, nem diszkrét értékek.

2 · Előkészítés

1. Nyisd meg a balmer-alpha előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. Az előbeállítás alapértelmezett átmenete n = 3 → n = 2 (Hα, a vörös Balmer-vonal).
2. Engedélyezd a kibocsátott hullámhossz kijelzőt.
3. Állítsd be a kiinduló energiaszintet n_initial minden mérésnél (az n_final = 2-re esve), és rögzítsd a kibocsátott hullámhosszat.

3 · Adatgyűjtés

Ábrázold az 1/λ-t (y-tengely) az 1/n_i²-vel (x-tengely) szemben a három mérésedhez. Egyenes-e a vonal?

4 · Elemzés

1. Egy mérésnél számítsd ki az 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) a Rydberg-állandóval R = 1.097×10⁷ m⁻¹ és n_f = 2. Hasonlítsd a táblázathoz.
2. Magyarázd meg, miért rövidülnek a hullámhosszak (magasabb energia), ahogy n_i nő, de az egymást követő vonalak (Hα, Hβ, Hγ) közti távolság zsugorodik — sorozathatárhoz tartanak, nem terjednek szét a végtelenbe.

5 · Kiterjesztés

1. A Balmer-sorozat a hidrogén egyetlen sorozata, amely a látható spektrumba (kb. 400–700 nm) esik — ezért ez az, amelyet történelmileg először fedeztek fel, Johann Balmer által 1885-ben, még mielőtt a mögöttes atomelmélet létezett volna. Magyarázd meg, miért esik a Lyman-sorozat (n = 1-re esés) és a Paschen-sorozat (n = 3-ra esés) a látható fényen kívülre.
2. A csillagászok a távoli csillagokban a hidrogént ezek pontos Balmer-hullámhosszak csillagfény-spektrumban való észlelésével azonosítják. Magyarázd meg, mit mond a csillagászoknak, ha egy eltolódott (nem pontos) Balmer-alfa hullámhosszat találnak egy csillag spektrumában (a Doppler-hatás).

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap