ฟิสิกส์ยุคใหม่

เส้นพาเชน β

อนุกรมพาเชนอินฟราเรด — การปล่อยความยาวคลื่นยาวกว่า

เส้นพาเชน β — การจำลองฟิสิกส์ยุคใหม่แบบโต้ตอบ อนุกรมพาเชนอินฟราเรด — การปล่อยความยาวคลื่นยาวกว่า ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ

อนุกรมพาเชน

อนุกรมพาเชนในย่านอินฟราเรด — การปล่อยรังสีความยาวคลื่นยาวกว่า

อนุกรมพาเชิน (การเปลี่ยนระดับพลังงานไปยัง n = 3) อยู่ในช่วงอินฟราเรด แสดงให้เห็นว่าเลขควอนตัมหลักกำหนดพลังงานโฟตอนตลอดช่วงความยาวคลื่นที่กว้างอย่างไร เส้นอินฟราเรดปรากฏในแก๊สไฮโดรเจนเย็นและการเปลี่ยนระดับพลังงานของเลเซอร์บางชนิด

• การเปลี่ยนระดับพลังงานในช่วงอินฟราเรด
• n → 3

สรุปการสืบสวน

วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ

บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้

คำถามขับเคลื่อน

อิเล็กตรอนที่ตกสู่ n = 3 (อนุกรมพาเชน) ปล่อยช่องว่างพลังงานเล็กกว่าอนุกรมบัลเมอร์หรือลีแมน นี่หมายความว่าโฟตอนพาเชนตกอยู่ในอินฟราเรด เกินกว่าที่ตาจะมองเห็นหรือไม่

คำทำนายที่ต้องชั่งใจ

• ใช่ — ช่องพลังงานเล็กกว่าหมายถึงความยาวคลื่นยาวกว่า ดันเส้นพาเชนเข้าอินฟราเรด
• ไม่ — เส้นพาเชนยังมองเห็นได้
• เส้นพาเชนพลังงานสูงกว่าจริง ๆ อยู่ช่วงรังสีเอกซ์

บทบาทของตัวแปร

สิ่งที่คุณตั้ง:

• ระดับเริ่มต้น n_i

สิ่งที่คุณวัด:

• ความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมา λ (nm)

การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร

1. เปิดพรีเซ็ท paschen-beta แล้วกดรีเซ็ต การเปลี่ยนระดับดีฟอลต์คือ n = 5 → n = 3 (พาเชน-เบตา)
2. เปิดค่าแสดงความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมา
3. ตั้งระดับพลังงานตั้งต้น n_initial ของแต่ละรอบ (ตกลงสู่ n_final = 3) แล้วบันทึกความยาวคลื่นที่ปล่อยออก

สมการควบคุม

อนุกรมพาเชน (การเปลี่ยนอินฟราเรด) — λ = hc/ΔE

การเปลี่ยนระดับที่จบที่ n_f = 3 มีช่องว่างพลังงานเล็กกว่าอนุกรมบัลเมอร์ (n_f = 2) หรือลีแมน (n_f = 1) เพราะระดับ n สูงอยู่ชิดกันกว่า จึงได้โฟตอนความยาวคลื่นยาวกว่าคืออินฟราเรด

สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด

• สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) โดยใช้ n_f = 3 เทียบกับตาราง และยืนยันว่าความยาวคลื่นทั้งสามเกิน 1000 nm คืออินฟราเรด
• เทียบขนาดความยาวคลื่นเหล่านี้กับการทดลอง balmer-alpha และ lyman-alpha อธิบายแบบแผนรวม อนุกรมที่จบที่ n_f สูงกว่า (ช่องพลังงานถึงระดับอ้างอิงพื้นเล็กกว่า) ให้โฟตอนความยาวคลื่นยาวกว่า พลังงานต่ำกว่า

สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ

• ระดับพลังงานของไฮโดรเจนเข้าใกล้กันมากขึ้นเมื่อ n เพิ่มขึ้น (E_n ∝ −1/n²) การเปลี่ยนระดับระหว่างระดับสูงจึงปล่อยพลังงานน้อยกว่าการเปลี่ยนที่เกี่ยวกับระดับต่ำ จงอธิบายว่าความแออัดของระดับที่ n สูงนี้อธิบายอย่างไรว่าทำไมอนุกรมพาเชน (n_f = 3) จึงครอบคลุมช่วงพลังงานกว้างกว่าที่คุณอาจคิดครั้งแรก
• ดาราศาสตร์อินฟราเรดใช้เส้นพาเชน (และอนุกรมที่ยาวกว่าอย่างบรักเกต ฟุนด์) ศึกษาไฮโดรเจนในบริเวณอวกาศที่มีฝุ่นซึ่งแสงที่มองเห็นถูกบัง เหตุใดแสงอินฟราเรดจึงทะลุฝุ่นคอสมิกได้ดีกว่าแสงที่มองเห็น

• 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. ยินดีต้อนรับสู่ พาเชนเบตา
2. เลือกอะตอม
3. กดเล่น
4. การเปลี่ยนระดับย่านอินฟราเรด
5. เปิดแผงคุณสมบัติ
6. คุณทำได้แล้ว!

เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ

เปิดห้องแล็บโต้ตอบ →

ดาวน์โหลดใบงาน →

แบบจำลองของบอร์กับสเปกตรัมไฮโดรเจน