Serie di Lyman: righe ultraviolette dell'idrogeno
1 · Prevedi
Gli elettroni che scendono fino allo stato fondamentale (n = 1) emettono la serie di Lyman. Rispetto alla serie di Balmer (discese a n = 2), ti aspetteresti che i fotoni di Lyman abbiano più o meno energia?
- Meno energia delle transizioni Balmer.
- Più energia (lunghezza d'onda più corta) — scendere allo stato fondamentale rilascia un salto energetico maggiore che scendere a n = 2.
- La stessa energia delle Balmer equivalenti.
2 · Configurazione
- Apri il preset lyman-alpha e premi Reset. La transizione predefinita di questo preset è n = 2 → n = 1 (Lyman-alpha).
- Attiva la lettura della λ emessa.
- Imposta il livello energetico iniziale n_initial per ogni prova (discesa a n_final = 1) e registra la lunghezza d'onda emessa.
3 · Raccogli dati
| Livello di partenza n_i | λ emessa (nm) |
|---|---|
| 2 | |
| 3 | |
| 4 |
Traccia λ (asse y) contro n_i (asse x) per le tre prove.
4 · Analizza
- Per una prova, calcola 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) usando n_f = 1. Confronta con la tabella. Verifica che tutte e tre le lunghezze d'onda cadano sotto i 122 nm — ultravioletto profondo, invisibile all'occhio.
- Confronta le tue lunghezze d'onda di Lyman con le lunghezze d'onda visibili dell'esperimento balmer-alpha. Spiega perché scendere a n = 1 (un salto energetico molto maggiore che scendere a n = 2) produce sempre fotoni più energetici e a lunghezza d'onda più corta.
5 · Estendi
- L'ultravioletto di Lyman è quasi interamente assorbito dall'atmosfera prima di arrivare a terra. Spiega perché servono telescopi spaziali per osservare il Lyman-alfa da oggetti lontani.
- Per n_i → ∞, 1/λ tende esattamente a R (limite di serie), corrispondente a un elettrone che appena sfugge all'atomo (ionizzazione). Con la formula, spiega perché il limite rappresenta l'energia di ionizzazione dallo stato fondamentale.
La fisica dietro questo esperimento
Serie di Lyman (transizioni allo stato fondamentale)
Le transizioni che finiscono a n_f = 1 rilasciano i maggiori salti energetici possibili nell'idrogeno, poiché lo stato fondamentale giace molto al di sotto di ogni livello eccitato — producendo la serie spettrale a lunghezza d'onda più corta (più energetica), interamente nell'ultravioletto.