Seri Paschen: Garis Hidrogen Inframerah
1 · Memprediksi
Elektron yang turun ke n = 3 (deret Paschen) melepaskan celah energi yang lebih kecil dibandingkan deret Balmer atau Lyman. Apakah ini berarti foton Paschen jatuh dalam inframerah, melebihi apa yang dapat dilihat mata?
- Ya — kesenjangan energi yang lebih kecil berarti panjang gelombang yang lebih panjang, mendorong garis Paschen ke dalam inframerah.
- Tidak — Garis Paschen masih terlihat.
- Garis Paschen sebenarnya memiliki energi yang lebih tinggi, dalam rentang sinar-X.
2 · Pengaturan
- Buka preset paschen-beta dan tekan Reset. Transisi default preset ini adalah n = 5 → n = 3 (Paschen-beta).
- Aktifkan pembacaan panjang gelombang yang dipancarkan.
- Tetapkan tingkat energi awal n_initial untuk setiap percobaan (turun ke n_final = 3) dan catat panjang gelombang yang dipancarkan.
3 · Kumpulkan Data
| Tingkat awal n_i | Panjang gelombang yang dipancarkan λ (nm) |
|---|---|
| 4 | |
| 5 | |
| 6 |
Plot panjang gelombang yang dipancarkan λ (sumbu y) terhadap level awal n_i (sumbu x) untuk tiga percobaan Anda.
4 · Analisis
- Untuk satu percobaan, hitung 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) menggunakan n_f = 3. Bandingkan dengan tabel. Pastikan ketiga panjang gelombang berada di atas 1000 nm — inframerah.
- Bandingkan ukuran panjang gelombang ini dengan percobaan balmer-alpha dan lyman-alpha. Jelaskan pola keseluruhannya: rangkaian yang berakhir pada n_f yang lebih tinggi (celah energi yang lebih kecil terhadap tingkat referensi dasar) menghasilkan foton dengan panjang gelombang lebih panjang dan berenergi lebih rendah.
5 · Perluas
- Tingkat energi hidrogen semakin berdekatan seiring bertambahnya n (E_n ∝ −1/n²), sehingga transisi antara tingkat energi yang tinggi melepaskan lebih sedikit energi dibandingkan transisi yang melibatkan tingkat energi yang rendah. Jelaskan mengapa tingkat kepadatan pada n tinggi ini menjelaskan mengapa deret Paschen (n_f = 3) mencakup rentang energi yang lebih luas daripada yang mungkin Anda perkirakan sebelumnya.
- Astronomi inframerah menggunakan garis seri Paschen (dan bahkan Brackett, Pfund) yang memiliki panjang gelombang lebih panjang untuk mempelajari hidrogen di wilayah ruang angkasa yang berdebu di mana cahaya tampak terhalang. Mengapa cahaya inframerah dapat menembus debu kosmik lebih baik dibandingkan cahaya tampak?
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Deret Paschen (Transisi Inframerah)
Transisi yang berakhir pada n_f = 3 melibatkan kesenjangan energi yang lebih kecil daripada seri Balmer (n_f = 2) atau Lyman (n_f = 1), karena tingkat n yang lebih tinggi jaraknya lebih dekat — menghasilkan foton inframerah dengan panjang gelombang lebih panjang.