Серия Лаймана: ультрафиолетовые линии водорода

1 · Прогноз

Электроны, падающие до самого основного состояния (n = 1), испускают серию Лаймана. По сравнению с серией Бальмера (переходы на n = 2) — у фотонов Лаймана энергии больше или меньше?

• Меньше энергии, чем переходы Бальмера.
• Больше энергии (короче волна) — падение до основного состояния высвобождает больший зазор, чем падение на n = 2.
• Столько же энергии, сколько эквивалентные переходы Бальмера.

2 · Подготовка

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

3 · Сбор данных

Постройте испущенную длину волны λ (ось y) против начального уровня n_i (ось x) для трёх проб.

4 · Анализ

1. Для одной пробы вычислите 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) при n_f = 1. Сравните с таблицей. Убедитесь, что все три длины волны ниже 122 нм — глубокий ультрафиолет, глазу невидимый.
2. Сравните свои длины волн Лаймана с видимыми длинами волн эксперимента balmer-alpha. Объясните, почему переход на n = 1 (гораздо больший энергетический зазор, чем переход на n = 2) всегда даёт более энергичные фотоны с меньшей длиной волны.

5 · Развитие

1. Ультрафиолет серии Лаймана почти полностью поглощается атмосферой Земли до достижения поверхности. Объясните, почему для наблюдения лайман-альфа испускания водорода от далёких астрономических объектов нужны космические (а не наземные) телескопы.
2. При n_i → ∞ 1/λ стремится ровно к R (граница серии), что соответствует электрону, едва покидающему атом (ионизация), а не конкретному переходу. По формуле объясните, почему граница серии представляет энергию ионизации из основного состояния.

Физика этого эксперимента

← Вернуться к эксперименту