Balmerserien: synliga spektrallinjer från väte

1 · Förutsäg

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?

• 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.

2 · Uppbyggnad

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.

3 · Samla data

Rita 1/λ (y-axeln) mot 1/n_i² (x-axeln) för dina tre försök. Är linjen rät?

4 · Analysera

1. 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.
2. 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.

5 · Utvidga

1. 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.
2. 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).

Fysiken bakom det här experimentet

← Tillbaka till experimentet

138 gratis utskrivbara labblad i fysik