Серия Пашена: инфракрасные линии водорода

1 · Прогноз

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?

• 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.

2 · Подготовка

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.

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 = 3. Сравните с таблицей. Убедитесь, что все три длины волны выше 1000 нм — инфракрасные.
2. 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.

5 · Развитие

1. 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.
2. 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?

Физика этого эксперимента

← Вернуться к эксперименту