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 LUNGHEZZE D’ONDA più ampio della serie di Balmer o di Lyman, anche se il suo intervallo di energia assoluto è il più piccolo dei tre (energie piccole e strettamente vicine si mappano in un allungamento in 1/E = λ/hc).
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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