De Paschen-serie: infrarode waterstoflijnen

1 · Voorspel

Elektronen die naar n = 3 dalen (de Paschen-serie) geven kleinere energieverschillen vrij dan de Balmer- of Lyman-serie. Betekent dit dat Paschen-fotonen in het infrarood vallen, buiten wat het oog kan zien?

• Ja — kleinere energieverschillen betekenen langere golflengten, wat de Paschen-lijnen het infrarood in duwt.
• Nee — de Paschen-lijnen zijn nog steeds zichtbaar.
• De Paschen-lijnen zijn juist energierijker, in het röntgenbereik.

2 · Opstelling

1. Open de voorinstelling paschen-beta en druk op Herstel. De standaardovergang van deze voorinstelling is n = 5 → n = 3 (Paschen-bèta).
2. Zet de aflezing van de uitgezonden golflengte aan.
3. Stel voor elke meting het beginenergieniveau n_initial in (dalen naar n_final = 3) en noteer de uitgezonden golflengte.

3 · Verzamel gegevens

Zet voor je drie metingen de uitgezonden golflengte λ (y-as) uit tegen het beginniveau n_i (x-as).

4 · Analyseer

1. Reken voor één meting 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) uit met n_f = 3. Vergelijk met de tabel. Controleer dat alle drie de golflengten boven 1000 nm vallen — infrarood.
2. Vergelijk de grootte van deze golflengten met de experimenten balmer-alpha en lyman-alpha. Leg het algemene patroon uit: series die eindigen bij hogere n_f (een kleiner energieverschil tot het referentieniveau van de grondtoestand) geven fotonen met langere golflengte en lagere energie.

5 · Verdiep

1. De energieniveaus van waterstof komen dichter bij elkaar naarmate n toeneemt (E_n ∝ −1/n²), dus overgangen tussen hoge niveaus geven minder energie vrij dan overgangen met lage niveaus. Leg uit waarom deze opeenhoping van niveaus bij hoge n verklaart dat de Paschen-serie (n_f = 3) een breder energiebereik bestrijkt dan je in eerste instantie zou verwachten.
2. Infrarode astronomie gebruikt precies deze Paschen- (en nog langere Brackett- en Pfund-)serielijnen om waterstof te bestuderen in stoffige gebieden van de ruimte waar zichtbaar licht wordt geblokkeerd. Waarom zou infrarood licht beter door kosmisch stof dringen dan zichtbaar licht?

De natuurkunde achter dit experiment

← Terug naar experiment

138 gratis printbare labwerkbladen voor natuurkunde