Paschen-serien: infrarøde hydrogenlinjer

1 · Prediker

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?

• 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.

2 · Oppsett

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.

3 · Samle inn data

Plott utsendt bølgelengde λ (y-akse) mot startnivå n_i (x-akse) for dine tre forsøk.

4 · Analyser

1. 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.
2. 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.

5 · Utvid

1. 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.
2. 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?

Fysikken bak dette eksperimentet

← Tilbake til eksperimentet

138 gratis, utskrivbare fysikk-arbeidsark