Modern fysik

Balmer-α (Hα)-linje

Ställ in n_i→n_f — emissionslinjens färg matchar λ från Rydbergs formel.

Balmer-α (Hα)-linje — interaktiv Modern fysik-simulering. Ställ in n_i→n_f — emissionslinjens färg matchar λ från Rydbergs formel. Gratis virtuellt fysiklabb i webbläsaren med SI-mätningar i realtid och en guidad genomgång.

Balmerserien

Ställ in n_i→n_f — emissionslinjens färg motsvarar λ från Rydbergs formel.

Övergångar i väte till n = 2 avger synliga Balmerlinjer med våglängder från Rydbergs formel 1/λ = R_H(1/4 − 1/n²). Hα vid 656 nm är den intensivaste röda linjen — används inom astronomin för att identifiera väte och mäta rödförskjutning.

• 1/λ = R(1/2²−1/n²)
• Röda Hα-linjen

Undersökningsblad

Planera frågan innan du öppnar labbet

Sammanfattningen speglar den förrenderade sidan: drivande fråga, konkurrerande förutsägelser, variablernas roller, styrande lagar, uppställning, analys- och utvidgningsfrågor förblir synliga och i den här ordningen.

Drivande fråga

En elektron i en väteatom faller från en högre energinivå ner till nivån n = 2 och avger en foton (Balmerserien — de enda vätelinjerna som är synliga för det mänskliga ögat). Beror den emitterade våglängden av vilken nivå elektronen startade från?

Förutsägelser att väga

• Ja — olika startnivåer ger olika, diskret åtskilda våglängder (Balmerlinjerna Hα, Hβ, Hγ...).
• Nej — varje övergång ner till n = 2 avger samma våglängd.
• Våglängden kan vara vad som helst i ett kontinuerligt intervall, inte diskreta värden.

Variablernas roller

Det du ställer in:

• Startnivå n_i

Det du mäter:

• Emissionsvåglängd λ (nm)

Så går undersökningen till

1. Öppna förinställningen Balmer alfa och tryck på Återställ. Denna förinställnings standardövergång är n = 3 → n = 2 (Hα, den röda Balmerlinjen).
2. Aktivera avläsningen av emitterad våglängd.
3. Ställ in startenerginivån n_initial för varje försök (med fall ner till n_final = 2) och notera den emitterade våglängden.

Styrande ekvation

Rydbergs formel (Bohrs modell) — λ = hc/ΔE

Våglängden hos ljus som emitteras när en elektron i väte faller från nivå n_i till n_f följer 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²), där R är Rydbergkonstanten — en direkt följd av Bohrmodellens kvantiserade energinivåer.

Det det utskrivbara arbetsbladet ber eleverna räkna ut

• Beräkna för ett försök 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) med Rydbergkonstanten R = 1.097×10⁷ m⁻¹ och n_f = 2. Jämför med tabellen.
• Förklara varför våglängderna blir kortare (högre energi) när n_i växer, men avståndet mellan successiva linjer (Hα, Hβ, Hγ) krymper — de konvergerar mot en serigräns i stället för att spridas isär i oändlighet.

Var det här syns utanför labbet

• Balmerserien är den enda väteserien som hamnar i det synliga spektrumet (ungefär 400–700 nm) — det är därför den upptäcktes först historiskt, av Johann Balmer 1885, innan den underliggande atomteorin fanns. Förklara varför Lymanserien (fall till n = 1) och Paschenserien (fall till n = 3) hamnar utanför synligt ljus.
• Astronomer identifierar väte i avlägsna stjärnor genom att hitta dessa exakta Balmer-våglängder i stjärnljusets spektra. Förklara varför en förskjuten (inte exakt) Balmer-alfa-våglängd i en stjärnas spektrum talar om för astronomer att stjärnan rör sig relativt jorden (dopplereffekten).

• 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. Välkommen till Balmer alfa
2. Välj atomen
3. Tryck på Spela
4. Synlig vätelinje
5. Öppna panelen Egenskaper
6. Du klarade det!

Öppna den interaktiva simuleringen för att bygga scenen, tryck på Spela och utforska med mätningar i realtid och en guidad genomgång.

Öppna interaktivt labb →

Ladda ner labblad →

Bohrs atommodell & vätespektrum