A Paschen-sorozat: a hidrogén infravörös vonalai

1 · Jóslás

Az n = 3-ra eső elektronok (a Paschen-sorozat) kisebb energiakülönbségeket szabadítanak fel, mint a Balmer- vagy Lyman-sorozat. Ez azt jelenti, hogy a Paschen-fotonok az infravörösbe esnek, a szem által láthatón túl?

• Igen — a kisebb energiakülönbségek hosszabb hullámhosszat jelentenek, ami az infravörösbe tolja a Paschen-vonalakat.
• Nem — a Paschen-vonalak még mindig láthatók.
• A Paschen-vonalak valójában nagyobb energiájúak, röntgen-tartományban.

2 · Előkészítés

1. Nyisd meg a paschen-beta előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. Az előbeállítás alapértelmezett átmenete n = 5 → n = 3 (Paschen-béta).
2. Engedélyezd a kibocsátott hullámhossz kijelzőt.
3. Állítsd be a kiinduló energiaszintet n_initial minden mérésnél (az n_final = 3-ra esve), és rögzítsd a kibocsátott hullámhosszat.

3 · Adatgyűjtés

Ábrázold a kibocsátott λ hullámhosszat (y-tengely) az n_i kiindulási szinttel (x-tengely) szemben a három mérésedhez.

4 · Elemzés

1. Egy mérésnél számítsd ki az 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) n_f = 3 használatával. Hasonlítsd a táblázathoz. Erősítsd meg, hogy mindhárom hullámhossz 1000 nm felett van — infravörös.
2. Hasonlítsd össze e hullámhosszak nagyságát a balmer-alpha és lyman-alpha kísérletekével. Magyarázd meg az általános mintát: a magasabb n_f-en végződő sorozatok (kisebb energiakülönbség az alapreferencia-szintig) hosszabb hullámhosszú, kisebb energiájú fotonokat adnak.

5 · Kiterjesztés

1. A hidrogén energiaszintjei egyre közelebb kerülnek egymáshoz, ahogy n nő (E_n ∝ −1/n²), tehát a magas szintek közti átmenetek kevesebb energiát szabadítanak fel, mint a mély szinteket érintő átmenetek. Magyarázd meg, miért magyarázza a szintek sűrűsödése a magas n-nél, hogy a Paschen-sorozat (n_f = 3) tágabb energiatartományt ölel fel, mint elsőre gondolnád.
2. Az infravörös csillagászat pontosan ezeket a Paschen- (és a még hosszabb hullámhosszú Brackett-, Pfund-) sorozatvonalaokat használja a hidrogén tanulmányozására az űr poros területein, ahol a látható fény el van árnyékolva. Miért hatolhat át az infravörös fény jobban a kozmikus poron, mint a látható?

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap