Balmer-serien: synlige hydrogen-spektrallinjer

1 · Prediker

Et elektron i et hydrogenatom faller fra et høyere energinivå ned til nivå n = 2 og sender ut et foton (Balmer-serien — de eneste hydrogenlinjene synlige for det menneskelige øyet). Avhenger den utsendte bølgelengden av hvilket nivå elektronet startet fra?

• Ja — forskjellige startnivåer gir forskjellige, diskret fordelt bølgelengder (Balmer-linjene Hα, Hβ, Hγ...).
• Nei — hver overgang ned til n = 2 sender ut samme bølgelengde.
• Bølgelengden kan være hva som helst i et kontinuerlig område, ikke diskrete verdier.

2 · Oppsett

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

3 · Samle inn data

Plott 1/λ (y-akse) mot 1/n_i² (x-akse) for dine tre forsøk. Er linjen rett?

4 · Analyser

1. For ett forsøk, beregn 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) med Rydberg-konstanten R = 1,097×10⁷ m⁻¹ og n_f = 2. Sammenlign med tabellen.
2. Forklar hvorfor bølgelengdene blir kortere (høyere energi) etter hvert som n_i øker, men avstanden mellom successive linjer (Hα, Hβ, Hγ) krymper — de konvergerer mot en seriegrense i stedet for å spre seg uendelig.

5 · Utvid

1. Balmer-serien er den eneste hydrogen-serien som ligger i det synlige spektrumet (omtrent 400–700 nm) — derfor er det den som historisk ble oppdaget først, av Johann Balmer i 1885, før den underliggende atomteorien fantes. Forklar hvorfor Lyman-serien (fallende til n = 1) og Paschen-serien (fallende til n = 3) ligger utenfor synlig lys.
2. Astronomer identifiserer hydrogen i fjerne stjerner ved å detektere nøyaktig disse Balmer-bølgelengdene i stjernelys-spektre. Forklar hvorfor å finne en forskjøvet (ikke nøyaktig) Balmer-alfa-bølgelengde i en stjernes spektrum forteller astronomene at stjernen beveger seg i forhold til Jorden (Dopplereffekten).

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark