Moderne fysikk

Paschen β-linjen

Infrarød Paschen-serie — emisjon med lengre bølgelengde.

Paschen β-linjen — interaktiv Moderne fysikk-simulering. Infrarød Paschen-serie — emisjon med lengre bølgelengde. Gratis virtuell fysikk-lab i nettleseren med SI-målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.

Paschen-serien

Infrarød Paschen-serie — emisjon med lengre bølgelengde.

Paschen-serien (overganger til n = 3) ligger i det infrarøde, og illustrerer hvordan hovedkvantetallet setter fotonenergien på tvers av tiår av bølgelengder. Infrarøde linjer vises i kald hydrogen gass og visse laseroverganger.

• IR-overgang
• n → 3

Undersøkelsesgrunnlag

Planlegg spørsmålet før du åpner labben

Oppgavegrunnlaget speiler den forhåndsgenererte siden: problemstilling, konkurrerende prediksjoner, variabelroller, styrende lover, oppsett, analyse og videreutviklingsoppgaver forblir synlige og i denne rekkefølgen.

Problemstilling

Elektroner som faller til n = 3 (Paschen-serien) frigjør mindre energihull enn Balmer- eller Lyman-serien. Betyr dette at Paschen-fotoner ligger i det infrarøde, bortenfor hva øyet kan se?

Prediksjoner å veie

• Ja — mindre energihull betyr lengre bølgelengder, og skyver Paschen-linjene inn i det infrarøde.
• Nei — Paschen-linjene er fortsatt synlige.
• Paschen-linjene har faktisk høyere energi, i røntgenområdet.

Variabelroller

Hva du setter:

• Startnivå n_i

Hva du måler:

• Utsendt bølgelengde λ (nm)

Hvordan undersøkelsen foregår

1. Åpne Paschen-beta-forhåndsinnstillingen og trykk Nullstill. Denne forhåndsinnstillingens standardovergang er n = 5 → n = 3 (Paschen-beta).
2. Aktiver utsendt-bølgelengde-avlesningen.
3. Sett startenerginivået n_initial for hvert forsøk (fallende ned til n_final = 3) og registrer den utsendte bølgelengden.

Styrende likning

Paschen-serien (infrarøde overganger) — λ = hc/ΔE

Overganger som ender ved n_f = 3 involverer mindre energihull enn Balmer- (n_f = 2) eller Lyman-serien (n_f = 1), siden høyere-n nivåer ligger tettere — og produserer fotoner med lengre bølgelengde, infrarøde.

Hva det utskrivbare arbeidsarket ber elevene finne ut

• For ett forsøk, beregn 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) med n_f = 3. Sammenlign med tabellen. Bekreft at alle tre bølgelengdene ligger over 1000 nm — infrarødt.
• Sammenlign størrelsen på disse bølgelengdene med Balmer-alfa- og Lyman-alfa-eksperimentene. Forklar det overordnede mønsteret: serier som ender ved høyere n_f (et mindre energihull til grunnreferansenivået) produserer fotoner med lengre bølgelengde og lavere energi.

Hvor dette dukker opp utenfor labben

• Hydrogens energinivåer kommer nærmere hverandre etter hvert som n øker (E_n ∝ −1/n²), så overganger mellom høye nivåer frigjør mindre energi enn overganger som involverer lave nivåer. Forklar hvorfor denne tettingen av nivåer ved høyt n forklarer hvorfor Paschen-serien (n_f = 3) spenner over et bredere energiområde enn man først skulle tro.
• Infrarød astronomi bruker nøyaktig disse Paschen- (og enda lengre-bølgelengde Brackett-, Pfund-) serielinjene til å studere hydrogen i støvete regioner av verdensrommet der synlig lys blokkeres. Hvorfor kan infrarødt lys trenge gjennom kosmisk støv bedre enn synlig lys?

• 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. Velkommen til Paschen-beta
2. Velg atomene
3. Trykk Spill av
4. Infrarød overgang
5. Åpne Egenskaper-panelet
6. Du klarte det!

Åpne den interaktive simuleringen for å bygge scenen, trykk Spill av, og utforsk med målinger i sanntid og en veiledet gjennomgang.

Åpne interaktiv lab →

Last ned arbeidsark →

Bohr-modellen og hydrogen-spektre