Serie di Paschen: righe infrarosse dell'idrogeno

1 · Prevedi

Gli elettroni che scendono a n = 3 (la serie di Paschen) rilasciano salti energetici minori delle serie di Balmer o Lyman. Significa che i fotoni di Paschen cadono nell'infrarosso, oltre ciò che l'occhio può vedere?

• Sì: salti energetici minori significano λ maggiori — linee Paschen nell'infrarosso.
• No: restano visibili.
• Sono più energetiche, nei raggi X.

2 · Configurazione

1. Apri il preset paschen-beta e premi Reset. La transizione predefinita di questo preset è n = 5 → n = 3 (Paschen-beta).
2. Attiva la lettura della λ emessa.
3. Imposta il livello energetico iniziale n_initial per ogni prova (discesa a n_final = 3) e registra la lunghezza d'onda emessa.

3 · Raccogli dati

Traccia λ (asse y) contro n_i (asse x) per le tre prove.

4 · Analizza

1. Per una prova, calcola 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) usando n_f = 3. Confronta con la tabella. Verifica che tutte e tre le lunghezze d'onda cadano sopra i 1000 nm — infrarosso.
2. Confronta queste λ con balmer-alpha e lyman-alpha. Spiega lo schema: serie che finiscono a n_f maggiore (salto minore) producono fotoni a λ maggiore ed energia minore.

5 · Estendi

1. I livelli energetici dell'idrogeno si avvicinano man mano che n cresce (E_n ∝ −1/n²), quindi le transizioni tra livelli alti rilasciano meno energia delle transizioni che coinvolgono livelli bassi. Spiega perché questo affollamento di livelli ad alto n spiega perché la serie di Paschen (n_f = 3) copre un intervallo di energie più ampio di quanto si potrebbe prima pensare.
2. L'astronomia infrarossa usa proprio queste righe Paschen (e Brackett, Pfund ancora più lunghe) per studiare l'idrogeno in regioni polverose dove la luce visibile è bloccata. Perché l'infrarosso penetra meglio la polvere cosmica?

La fisica dietro questo esperimento

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