A série Paschen: linhas infravermelhas de hidrogênio
1 · Prever
Os elétrons caindo para n = 3 (a série de Paschen) liberam lacunas de energia menores do que as séries de Balmer ou Lyman. Isso significa que os fótons de Paschen caem no infravermelho, além do que o olho pode ver?
- Sim – lacunas de energia menores significam comprimentos de onda mais longos, empurrando as linhas de Paschen para o infravermelho.
- Não – as linhas de Paschen ainda são visíveis.
- As linhas de Paschen são, na verdade, de maior energia, na faixa dos raios X.
2 · Preparar
- Abra a predefinição paschen-beta e pressione Redefinir. A transição padrão desta predefinição é n = 5 → n = 3 (Paschen-beta).
- Habilite a leitura do comprimento de onda emitido.
- Defina o nível de energia inicial n_initial para cada tentativa (caindo para n_final = 3) e registre o comprimento de onda emitido.
3 · Coletar Dados
| Nível inicial n_i | Comprimento de onda emitido λ (nm) |
|---|---|
| 4 | |
| 5 | |
| 6 |
Plote o comprimento de onda emitido λ (eixo y) em relação ao nível inicial n_i (eixo x) para suas três tentativas.
4 · Analisar
- Para uma tentativa, calcule 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) usando n_f = 3. Compare com a tabela. Confirme que todos os três comprimentos de onda estão acima de 1000 nm – infravermelho.
- Compare o tamanho desses comprimentos de onda com os experimentos Balmer-alfa e Lyman-alfa. Explique o padrão geral: séries que terminam em n_f mais alto (uma lacuna de energia menor em relação ao nível de referência do solo) produzem fótons de comprimento de onda mais longo e energia mais baixa.
5 · Aprofundar
- Os níveis de energia do hidrogênio ficam mais próximos à medida que n aumenta (E_n ∝ −1/n²), então as transições entre níveis altos liberam menos energia do que transições envolvendo níveis baixos. Explique por que essa aglomeração de níveis em n alto explica por que a série de Paschen (n_f = 3) abrange uma gama mais ampla de energias do que você poderia esperar inicialmente.
- A astronomia infravermelha usa exatamente essas linhas da série Paschen (e até mesmo Brackett, Pfund de comprimento de onda mais longo) para estudar o hidrogênio em regiões empoeiradas do espaço onde a luz visível é bloqueada. Por que a luz infravermelha pode penetrar melhor na poeira cósmica do que a luz visível?
A física por trás deste experimento
Série Paschen (transições infravermelhas)
As transições que terminam em n_f = 3 envolvem lacunas de energia menores do que as séries Balmer (n_f = 2) ou Lyman (n_f = 1), uma vez que níveis n mais altos são mais espaçados - produzindo fótons infravermelhos de comprimento de onda mais longo.