Moderne natuurkunde
Balmer-α (Hα)-lijn
Stel n_i→n_f in — de kleur van de emissielijn past bij λ uit de formule van Rydberg.
Balmer-α (Hα)-lijn — interactieve Moderne natuurkunde-simulatie. Stel n_i→n_f in — de kleur van de emissielijn past bij λ uit de formule van Rydberg. Gratis virtueel natuurkundelab in de browser met live SI-metingen en een begeleide rondleiding.
Balmerreeks
Stel n_i→n_f in — de kleur van de emissielijn past bij λ uit de formule van Rydberg.
Overgangen in waterstof naar n = 2 zenden zichtbare Balmer-lijnen uit met golflengten volgens de formule van Rydberg 1/λ = R_H(1/4 − 1/n²). Hα bij 656 nm is de helderste rode lijn — in de astronomie gebruikt om waterstof te herkennen en roodverschuiving te meten.
- 1/λ = R(1/2²−1/n²)
- Rode Hα-lijn
Onderzoeksnota
Plan de vraag voordat je het lab opent
De samenvatting spiegelt de voorgerenderde pagina: leidende vraag, concurrerende voorspellingen, rollen van variabelen, bepalende wetten, opstelling, analyse- en verdiepingsvragen blijven zichtbaar en in deze volgorde.
Leidende vraag
Een elektron in een waterstofatoom valt van een hoger energieniveau naar niveau n = 2 en zendt daarbij een foton uit (de Balmer-serie — de enige waterstoflijnen die het menselijk oog kan zien). Hangt de uitgezonden golflengte af van het niveau waar het elektron vandaan kwam?
Voorspellingen om te wegen
- Ja — verschillende beginniveaus geven verschillende, discreet gespreide golflengten (de Balmer-lijnen Hα, Hβ, Hγ...).
- Nee — elke overgang naar n = 2 zendt dezelfde golflengte uit.
- De golflengte kan alles zijn in een doorlopend bereik, geen discrete waarden.
Rollen van variabelen
Wat je instelt:
- Beginniveau n_i
Wat je meet:
- Emissiegolflengte λ (nm)
Hoe het onderzoek verloopt
- Open de voorinstelling balmer-alpha en druk op Herstel. De standaardovergang van deze voorinstelling is n = 3 → n = 2 (Hα, de rode Balmer-lijn).
- Zet de aflezing van de uitgezonden golflengte aan.
- Stel voor elke meting het beginenergieniveau n_initial in (dalen naar n_final = 2) en noteer de uitgezonden golflengte.
Leidende vergelijking
Formule van Rydberg (model van Bohr) — λ = hc/ΔE
De golflengte van het licht dat wordt uitgezonden wanneer een waterstofelektron van niveau n_i naar n_f daalt volgt 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²), waarbij R de Rydbergconstante is — een rechtstreeks gevolg van de gekwantiseerde energieniveaus van het Bohr-model.
Wat het uitprintbare werkblad leerlingen laat uitwerken
- Reken voor één meting 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) uit met de Rydbergconstante R = 1.097×10⁷ m⁻¹ en n_f = 2. Vergelijk met de tabel.
- Leg uit waarom de golflengten korter worden (hogere energie) naarmate n_i toeneemt, maar de afstand tussen opeenvolgende lijnen (Hα, Hβ, Hγ) krimpt — ze convergeren naar een serielimiet in plaats van zich voor altijd te verspreiden.
Waar dit buiten het lab opduikt
- De Balmer-serie is de enige waterstofserie die in het zichtbare spectrum valt (ruwweg 400–700 nm) — daarom werd hij als eerste ontdekt, door Johann Balmer in 1885, vóórdat de onderliggende atoomtheorie bestond. Leg uit waarom de Lyman-serie (dalend naar n = 1) en de Paschen-serie (dalend naar n = 3) buiten het zichtbare licht vallen.
- Astronomen herkennen waterstof in verre sterren door precies deze Balmer-golflengten te detecteren in sterrenlichtspectra. Leg uit waarom het vinden van een verschoven (niet exacte) Balmer-alfa-golflengte in het spectrum van een ster astronomen vertelt dat de ster beweegt ten opzichte van de aarde (het Doppler-effect).
- 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
- Welkom bij Balmer-alfa
- Selecteer het atoom
- Druk op Start
- Zichtbare waterstoflijn
- Open het eigenschappenpaneel
- Gelukt!
Open de interactieve simulatie om de scène te bouwen, druk op Start en verken met live metingen en een begeleide rondleiding.
Het atoommodel van Bohr & waterstofspectra