Seria Balmera: widzialne linie widmowe wodoru

1 · Prognoza

Elektron w atomie wodoru schodzi z wyższego poziomu energetycznego na poziom n = 2, emitując foton (seria Balmera — jedyne linie wodoru widzialne dla ludzkiego oka). Czy emitowana długość fali zależy od tego, z jakiego poziomu elektron wystartował?

• Tak — różne poziomy startowe dają różne, dyskretnie rozstawione długości fal (linie Balmera Hα, Hβ, Hγ…).
• Nie — każde przejście na n = 2 emituje tę samą długość fali.
• Długość fali może być dowolna z ciągłego zakresu, nie wartości dyskretne.

2 · Przygotowanie

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

3 · Zbieranie danych

Narysuj 1/λ (oś y) względem 1/n_i² (oś x) dla trzech prób. Czy linia jest prosta?

4 · Analiza

1. Dla jednej próby oblicz 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²), używając stałej Rydberga R = 1.09678×10⁷ m⁻¹ i n_f = 2. Porównaj z tabelą.
2. Wyjaśnij, dlaczego długości fal robią się krótsze (wyższa energia) ze wzrostem n_i, ale odstępy między kolejnymi liniami (Hα, Hβ, Hγ) się kurczą — zbiegają do granicy serii, zamiast rozszerzać się w nieskończoność.

5 · Rozszerzenie

1. Seria Balmera to jedyna seria wodoru wpadająca w zakres widzialny (ok. 400–700 nm) — dlatego odkryto ją historycznie jako pierwszą: Johann Balmer w 1885 r., zanim istniała teoria atomowa. Wyjaśnij, dlaczego seria Lymana (spadki na n = 1) i seria Paschena (spadki na n = 3) leżą poza światłem widzialnym.
2. Astronomowie identyfikują wodór w odległych gwiazdach, wykrywając dokładnie te długości fal Balmera w widmach światła gwiazd. Wyjaśnij, dlaczego znalezienie przesuniętej (nie dokładnej) długości fali Balmera-alfa w widmie gwiazdy mówi astronomom, że gwiazda porusza się względem Ziemi (efekt Dopplera).

Fizyka tego eksperymentu

← Wróć do eksperymentu

138 bezpłatnych kart pracy z fizyki do druku