Fizyka współczesna

Linia Lymana α

Ultrafioletowa seria Lymana — przejście do stanu podstawowego.

Linia Lymana α — interaktywna symulacja: Fizyka współczesna. Ultrafioletowa seria Lymana — przejście do stanu podstawowego. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.

Seria Lymana

Ultravioletowa seria Lymana — przejście do stanu podstawowego.

Przejścia na n = 1 dają ultrafioletowe linie serii Lymana o krótszej fali niż Balmer. Lyman-α przy 121.6 nm jest wyraźny w astrofizycznych obłokach wodoru i był kluczem do badania środowiska międzygalaktycznego.

• Przejście UV
• n → 1

Krótki opis badania

Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię

Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.

Pytanie badawcze

Elektrony schodzące aż do stanu podstawowego (n = 1) emitują serię Lymana. W porównaniu z serią Balmera (spadki na n = 2) — fotony Lymana mają mieć więcej czy mniej energii?

Prognozy do rozważenia

• Mniej energii niż przejścia Balmera.
• Więcej energii (krótsza fala) — spadek do stanu podstawowego uwalnia większy skok energetyczny niż spadek na n = 2.
• Taka sama energia jak odpowiednie przejścia Balmera.

Role zmiennych

Co ustawiasz:

• Poziom startowy n_i

Co mierzysz:

• Długość fali emitowana λ (nm)

Jak przebiega badanie

1. Otwórz preset lyman-alpha i naciśnij Reset. Domyślne przejście tego presetu: n = 2 → n = 1 (Lyman-alpha).
2. Włącz odczyt emitowanej długości fali.
3. Ustaw początkowy poziom energetyczny n_initial dla każdej próby (spadek na n_final = 1) i zapisz emitowaną długość fali.

Równanie rządzące

Seria Lymana (przejścia do stanu podstawowego) — λ = hc/ΔE

Przejścia kończące się na n_f = 1 uwalniają największe możliwe skoki energetyczne w wodorze, bo stan podstawowy leży daleko poniżej każdego poziomu wzbudzonego — dając serię widmową o najkrótszej fali (najbardziej energetyczną), w całości w ultrafiolecie.

Co karta do druku każe uczniom wyliczyć

• Dla jednej próby oblicz 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) przy n_f = 1. Porównaj z tabelą. Potwierdź, że wszystkie trzy długości fal leżą poniżej 122 nm — głęboki ultrafiolet, niewidzialny dla oka.
• Porównaj swoje długości fal Lymana z widzialnymi długościami fal eksperymentu balmer-alpha. Wyjaśnij, dlaczego spadek aż na n = 1 (znacznie większy skok energetyczny niż spadek na n = 2) zawsze daje fotony bardziej energetyczne, o krótszej fali.

Gdzie to wychodzi poza pracownię

• Ultrafiolet serii Lymana jest niemal całkowicie pochłaniany przez atmosferę Ziemi, zanim dosięgnie gruntu. Wyjaśnij, dlaczego do obserwacji emisji Lyman-alfa wodoru z odległych obiektów astronomicznych potrzebne są teleskopy kosmiczne (a nie naziemne).
• Gdy n_i → ∞, 1/λ dąży dokładnie do R (granica serii), co odpowiada elektronowi ledwo uciekającemu z atomu (jonizacji), a nie konkretnemu przejściu. Wzorem wyjaśnij, dlaczego granica serii przedstawia energię jonizacji ze stanu podstawowego.

• 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. Witamy w Lymanie alfa
2. Zaznacz atom
3. Naciśnij Play
4. Przejście ultrafioletowe
5. Otwórz panel Właściwości
6. Udało się!

Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.

Otwórz interaktywną pracownię →

Pobierz kartę pracy →

Model Bohra i widma wodoru