Seria Paschena: podczerwone linie wodoru

1 · Prognoza

Elektrony spadające na n = 3 (seria Paschena) uwalniają mniejsze skoki energetyczne niż serie Balmera czy Lymana. Czy to znaczy, że fotony Paschena wpadają w podczerwień, poza zasięgiem oka?

• Tak — mniejsze luki energetyczne znaczy dłuższe fale, przesuwając linie Paschena do podczerwieni.
• Nie — linie Paschena są nadal widzialne.
• Linie Paschena są wręcz wyższej energii, w zakresie rentgenowskim.

2 · Przygotowanie

1. Otwórz preset paschen-beta i naciśnij Reset. Domyślne przejście tego presetu: n = 5 → n = 3 (Paschen-beta).
2. Włącz odczyt emitowanej długości fali.
3. Ustaw początkowy poziom energetyczny n_initial dla każdej próby (spadek na n_final = 3) i zapisz emitowaną długość fali.

3 · Zbieranie danych

Narysuj emitowaną długość fali λ (oś y) względem poziomu startowego n_i (oś x) dla trzech prób.

4 · Analiza

1. Dla jednej próby oblicz 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) przy n_f = 3. Porównaj z tabelą. Potwierdź, że wszystkie trzy długości fal leżą powyżej 1000 nm — podczerwień.
2. Porównaj wielkość tych długości fal z eksperymentami balmer-alfa i lyman-alfa. Wyjaśnij ogólny wzorzec: serie kończące się na wyższym n_f (mniejsza luka energetyczna do poziomu odniesienia) dają fotony o dłuższej fali i niższej energii.

5 · Rozszerzenie

1. Poziomy energetyczne wodoru zbliżają się do siebie w miarę wzrostu n (E_n ∝ −1/n²), więc przejścia między wysokimi poziomami uwalniają mniej energii niż przejścia z udziałem niskich. Wyjaśnij, dlaczego to zagęszczenie poziomów przy dużym n tłumaczy, że seria Paschena (n_f = 3) obejmuje szerszy zakres energii, niż można by początkowo sądzić.
2. Astronomia podczerwona używa właśnie tych linii serii Paschena (i jeszcze dłuższych Bracketta, Pfunda) do badania wodoru w zapylonych regionach kosmosu, gdzie światło widzialne jest zasłonięte. Dlaczego podczerwień przenika kosmiczny kurz lepiej niż światło widzialne?

Fizyka tego eksperymentu

← Wróć do eksperymentu