Modernā fizika

Balmera α (Hα) līnija

Iestati n_i→n_f — emisijas līnijas krāsa atbilst λ no Rīdberga formulas.

Balmera α (Hα) līnija — interaktīva Modernā fizika simulācija. Iestati n_i→n_f — emisijas līnijas krāsa atbilst λ no Rīdberga formulas. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.

Balmera sērija

Iestati n_i→n_f — emisijas līnijas krāsa atbilst λ no Rīdberga formulas.

Ūdeņraža pārejas uz n = 2 izstaro redzamās Balmera līnijas ar viļņa garumiem no Rīdberga formulas 1/λ = R_H(1/4 − 1/n²). Hα pie 656 nm ir spilgtākā sarkanā līnija — astronomijā to izmanto ūdeņraža identificēšanai un sarkanās nobīdes mērīšanai.

• 1/λ = R(1/2²−1/n²)
• Hα sarkanā līnija

Izpētes kopsavilkums

Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju

Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.

Virzošais jautājums

Elektrons ūdeņraža atomā krīt no augstāka enerģijas līmeņa uz līmeni n = 2, izstarodams fotonu (Balmera sērija — vienīgās ūdeņraža līnijas, kas redzamas cilvēka acij). Vai izstarotais viļņa garums atkarīgs no tā, no kura līmeņa elektrons sāka?

Prognozes, ko svērt

• Jā — dažādi sākuma līmeņi dod dažādus, diskreti izvietotus viļņa garumus (Balmera līnijas Hα, Hβ, Hγ...).
• Nē — katra pāreja uz leju uz n = 2 izstaro to pašu viļņa garumu.
• Viļņa garums var būt jebkas nepārtrauktā diapazonā, nevis diskretas vērtības.

Lielumu lomas

Ko tu iestati:

• Sākuma līmenis n_i

Ko tu mēri:

• Izstarotais viļņa garums λ (nm)

Kā izpēte norit

1. Atver Balmera alfa eksperimentu un nospied Atiestatīt. Šī eksperimenta noklusējuma pāreja ir n = 3 → n = 2 (Hα, sarkanā Balmera līnija).
2. Ieslēdz izstarotā viļņa garuma rādījumu.
3. Iestati sākuma enerģijas līmeni n_initial katram mēģinājumam (krītot uz leju uz n_final = 2) un ieraksti izstaroto viļņa garumu.

Noteicošais vienādojums

Rīdberga formula (Bora modelis) — λ = hc/ΔE

Gaismas viļņa garums, ko izstaro ūdeņraža elektrons, krītot no līmeņa n_i uz n_f, seko 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²), kur R ir Rīdberga konstante — tieša Bora modeļa kvantēto enerģijas līmeņu sekas.

Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt

• Vienam mēģinājumam izrēķini 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) ar Rīdberga konstanti R = 1.097×10⁷ m⁻¹ un n_f = 2. Salīdzini ar tabulu.
• Izskaidro, kāpēc viļņa garumi kļūst īsāki (augstāka enerģija), n_i augot, bet atstarpe starp secīgām līnijām (Hα, Hβ, Hγ) sarūk — tās konverģē uz sērijas robežu, nevis izpletas uz nenoteiktu laiku.

Kur tas parādās ārpus laboratorijas

• Balmera sērija ir vienīgā ūdeņraža sērija, kas iekrīt redzamajā spektrā (aptuveni 400–700 nm) — tāpēc tā ir tā, ko vēsturiski atklāja pirmo, Johans Balmer 1885. gadā, pirms pastāvēja pamata atomu teorija. Izskaidro, kāpēc Limana sērija (krītot uz n = 1) un Pasiena sērija (krītot uz n = 3) iekrīt ārpus redzamās gaismas.
• Astronomi identificē ūdeņradi tālās zvaigznēs, atklājot šos precīzos Balmera viļņa garumus zvaigznes gaismas spektros. Izskaidro, kāpēc nobīdīta (ne precīza) Balmera-alfa viļņa garuma atrašana zvaigznes spektrā saka astronomiem, ka zvaigzne kustas attiecībā pret Zemi (Doplera efekts).

• AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
• IB Physics — E.1 Structure of the atom
• General High School Physics — Modern physics intro
• NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light

1. Sveicināts Balmera alfa eksperimentā
2. Atlasīts atomu
3. Nospied „Atskaņot”
4. Redzamā ūdeņraža līnija
5. Atver Īpašību paneli
6. Tev izdevās!

Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.

Atvērt interaktīvo laboratoriju →

Lejupielādēt darba lapu →

Bora modelis un ūdeņraža spektri