ฟิสิกส์ยุคใหม่
เส้นบัลเมอร์ α (Hα)
ตั้ง n_i→n_f — สีของเส้นปล่อยออกมาตรง λ จากสูตรรีดเบิร์ก
เส้นบัลเมอร์ α (Hα) — การจำลองฟิสิกส์ยุคใหม่แบบโต้ตอบ ตั้ง n_i→n_f — สีของเส้นปล่อยออกมาตรง λ จากสูตรรีดเบิร์ก ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
อนุกรมบัลเมอร์
ตั้ง n_i→n_f — สีของเส้นแผ่ตรงกับ λ จากสูตรริดเบิร์ก
การเปลี่ยนระดับพลังงานของไฮโดรเจนไปยัง n = 2 ปล่อยเส้นสเปกตรัมบัลเมอร์ที่มองเห็นได้ ด้วยความยาวคลื่นจากสูตรริดเบิร์ก 1/λ = R_H(1/4 − 1/n²) เส้น Hα ที่ 656 นาโนเมตรเป็นเส้นสีแดงที่สว่างที่สุด—ใช้ในดาราศาสตร์เพื่อระบุไฮโดรเจนและวัดการเลื่อนไปทางแดง
- 1/λ = R(1/2²−1/n²)
- เส้นสีแดง Hα
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
อิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจนตกจากระดับพลังงานสูงกว่าลงสู่ระดับ n = 2 ปล่อยโฟตอนออกมา (อนุกรมบัลเมอร์ อนุกรมไฮโดรเจนเดียวที่ตามนุษย์มองเห็น) ความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาขึ้นกับระดับตั้งต้นของอิเล็กตรอนหรือไม่
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- ใช่ — ระดับตั้งต้นต่างกันให้ความยาวคลื่นต่างกันแบบแยกเป็นหลัก (เส้นบัลเมอร์ Hα, Hβ, Hγ…)
- ไม่ การเปลี่ยนระดับทุกแบบที่ลงมาที่ n = 2 ปล่อยความยาวคลื่นเดียวกัน
- ความยาวคลื่นเป็นค่าใดก็ได้ในช่วงต่อเนื่อง ไม่ใช่ค่าแยกเป็นหลัก ๆ
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- ระดับเริ่มต้น n_i
สิ่งที่คุณวัด:
- ความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมา λ (nm)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดพรีเซ็ท balmer-alpha แล้วกดรีเซ็ต การเปลี่ยนระดับดีฟอลต์ของพรีเซ็ทนี้คือ n = 3 → n = 2 (Hα เส้นบัลเมอร์สีแดง)
- เปิดค่าแสดงความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมา
- ตั้งระดับพลังงานตั้งต้น n_initial ของแต่ละรอบ (ตกลงสู่ n_final = 2) แล้วบันทึกความยาวคลื่นที่ปล่อยออก
สมการควบคุม
สูตรริดเบิร์ก (แบบจำลองบอร์) — λ = hc/ΔE
ความยาวคลื่นของแสงที่ปล่อยเมื่ออิเล็กตรอนไฮโดรเจนตกจากระดับ n_i สู่ n_f เป็นไปตาม 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) โดย R คือค่าคงที่ริดเบิร์ก ผลพวงโดยตรงของระดับพลังงานควอนตัมของแบบจำลองบอร์
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) โดยใช้ค่าคงที่ริดเบิร์ก R = 1.097×10⁷ m⁻¹ และ n_f = 2 เทียบกับตาราง
- อธิบายว่าเหตุใดความยาวคลื่นจึงสั้นลง (พลังงานสูงขึ้น) เมื่อ n_i เพิ่มขึ้น แต่ระยะห่างระหว่างเส้นติดกัน (Hα, Hβ, Hγ) กลับแคบลง — พวกมันบรรจบเข้าหาขีดจำกัดของอนุกรมแทนที่จะกระจายออกไปไม่สิ้นสุด
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- อนุกรมบัลเมอร์เป็นอนุกรมไฮโดรเจนเดียวที่ตกอยู่ในช่วงสเปกตรัมที่มองเห็นได้ (ราว 400–700 nm) จึงเป็นอนุกรมแรกที่ถูกค้นพบในประวัติศาสตร์ โดยโยฮันน์บัลเมอร์ในปี 1885 ก่อนทฤษฎีอะตอมที่อยู่เบื้องหลังจะมีอยู่ จงอธิบายว่าทำไมอนุกรมลีแมน (ตกสู่ n = 1) และอนุกรมพาเชน (ตกสู่ n = 3) จึงอยู่นอกแสงที่มองเห็น
- นักดาราศาสตร์ระบุไฮโดรเจนในดาวฤกษ์ที่ไกลโดยตรวจพบความยาวคลื่นบัลเมอร์เหล่านี้ในสเปกตรัมของแสงดาว อธิบายว่าเหตุใดการพบความยาวคลื่นบัลเมอร์-อัลฟาที่เลื่อนไป (ไม่ตรงพอดี) ในสเปกตรัมของดาวจึงบอกนักดาราศาสตร์ว่าดวงดาวกำลังเคลื่อนที่เทียบกับโลก (ปรากฏการณ์ดอปเลอร์)
- 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
- ยินดีต้อนรับสู่บัลเมอร์อัลฟา
- เลือกอะตอม
- กดเล่น
- เส้นไฮโดรเจนช่วงมองเห็น
- เปิดแผงคุณสมบัติ
- ทำได้แล้ว!
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ
แบบจำลองของบอร์กับสเปกตรัมไฮโดรเจน