Balmerova séria: viditeľné spektrálne čiary vodíka

1 · Predikuj

Elektrón v atóme vodíka klesá z vyššej energetickej hladiny na hladinu n = 2, emitujúc fotón (Balmerova séria — jediné čiary vodíka viditeľné ľudským okom). Závisí emitovaná vlnová dĺžka na tom, z ktorej hladiny elektrón štartoval?

• Áno — rôzne štartovacie hladiny dávajú rôzne, diskrétne rozostavené vlnové dĺžky (čiary Balmera Hα, Hβ, Hγ…).
• Nie — každý prechod dole na n = 2 emituje tú istú vlnovú dĺžku.
• Vlnová dĺžka môže byť hocičo v spojitom rozsahu, nie diskrétne hodnoty.

2 · Priprav

1. Otvor predvolbu Balmerova alfa a stlač Resetovať. Predvolený prechod tejto predvolby je n = 3 → n = 2 (Hα, červená Balmerova čiara).
2. Zapni odčítanie emitovanej vlnovej dĺžky.
3. Nastav štartovaciu energetickú hladinu n_initial pre každý pokus (klesajúc na n_final = 2) a zaznamenaj emitovanú vlnovú dĺžku.

3 · Zbieraj údaje

Zaznamenaj 1/λ (os y) verzus 1/n_i² (os x) pre svoje tri pokusy. Je priamka rovná?

4 · Analyzuj

1. Pre jeden pokus vypočítaj 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) s Rydbergovou konštantou R = 1.097×10⁷ m⁻¹ a n_f = 2. Porovnaj s tabuľkou.
2. Vysvetli, prečo vlnové dĺžky sa skracujú (vyššia energia), keď n_i rastie, ale rozostup medzi po sebe idúcimi čiarami (Hα, Hβ, Hγ) sa zmenšuje — konvergujú k limite série namiesto rozostupovania donekonečna.

5 · Rozšír

1. Balmerova séria je jediná séria vodíka, ktorá spadá do viditeľného spektra (zhruba 400–700 nm) — preto bola historicky objavená prvá, Johannom Balmerom v 1885, predtým než existovala podkladová atómová teória. Vysvetli, prečo Lymanova séria (klesanie na n = 1) a Paschenova séria (klesanie na n = 3) spadajú mimo viditeľné svetlo.
2. Astronómovia identifikujú vodík vo vzdialených hviezdach detekciou týchto presných Balmerových vlnových dĺžok v spektách hviezdneho svetla. Vysvetli, prečo nájdenie posunutej (nie presnej) Balmerovej alfa vlnovej dĺžky v spektre hviezdy hovorí astronómom, že hviezda sa hýbe voči Zemi (Dopplerov jav).

Fyzika za týmto experimentom

← Späť na experiment

138 bezplatných tlačiteľných pracovných listov z fyziky