Современная физика

Линия Пашена β

Инфракрасная серия Пашена — испускание с большей длиной волны.

Линия Пашена β — интерактивная симуляция (Современная физика). Инфракрасная серия Пашена — испускание с большей длиной волны. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Серия Пашена

Инфракрасная серия Пашена — испускание с большей длиной волны.

Серия Пашена (переходы на n = 3) лежит в инфракрасном диапазоне, показывая, как главное квантовое число задаёт энергию фотона через декады длин волн. Инфракрасные линии видны в холодном водородном газе и некоторых лазерных переходах.

• ИК-переход
• n → 3

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Электроны, падающие на n = 3 (серия Пашена), высвобождают меньшие энергетические зазоры, чем серии Бальмера или Лаймана. Значит ли это, что фотоны Пашена лежат в инфракрасном диапазоне, недоступном глазу?

Прогнозы для взвешивания

• Да — меньшие энергетические щели означают большие длины волн, выводя линии Пашена в инфракрасный диапазон.
• Нет — линии Пашена всё ещё видимые.
• Линии Пашена на самом деле более энергичные, в рентгеновском диапазоне.

Роли переменных

Что вы задали:

• Начальный уровень n_i

Что вы измеряете:

• Испущенная длина волны λ (nm)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет paschen-beta и нажмите «Сброс». Переход по умолчанию здесь: n = 5 → n = 3 (Paschen-beta).
2. Включите показание испущенной длины волны.
3. Задайте начальный уровень энергии n_initial для каждой пробы (переход вниз на n_final = 3) и запишите испускаемую длину волны.

Определяющее уравнение

Серия Пашена (инфракрасные переходы) — λ = hc/ΔE

Переходы, заканчивающиеся на n_f = 3, несут меньшие энергетические зазоры, чем серии Бальмера (n_f = 2) или Лаймана (n_f = 1), поскольку высокие уровни расположены теснее — отсюда более длинноволновые, инфракрасные фотоны.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) при n_f = 3. Сравните с таблицей. Убедитесь, что все три длины волны выше 1000 нм — инфракрасные.
• Сравните величины этих длин волн с экспериментами balmer-alpha и lyman-alpha. Объясните общую закономерность: серии, заканчивающиеся на более высоком n_f (меньший энергетический зазор до опорного уровня), дают фотоны с большей длиной волны и меньшей энергией.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Энергетические уровни водорода сближаются с ростом n (E_n ∝ −1/n²), поэтому переходы между высокими уровнями высвобождают меньше энергии, чем переходы с участием низких. Объясните, почему это сгущение уровней при больших n объясняет, почему серия Пашена (n_f = 3) охватывает более широкий диапазон энергий, чем кажется на первый взгляд.
• Инфракрасная астрономия использует именно эти линии серий Пашена (и даже более длинноволновых Брэкета и Пфунда) для изучения водорода в пыльных областях космоса, где видимый свет заслонён. Почему инфракрасный свет проникает сквозь космическую пыль лучше видимого?

• 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. Добро пожаловать к Пашен-бета
2. Выберите атом
3. Нажмите Play
4. Инфракрасный переход
5. Откройте панель свойств
6. Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Модель Бора и спектры водорода