อนุกรมบัลเมอร์ เส้นสเปกตรัมของไฮโดรเจนที่มองเห็นได้

1 · ทำนาย

อิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจนตกจากระดับพลังงานสูงกว่าลงสู่ระดับ n = 2 ปล่อยโฟตอนออกมา (อนุกรมบัลเมอร์ อนุกรมไฮโดรเจนเดียวที่ตามนุษย์มองเห็น) ความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาขึ้นกับระดับตั้งต้นของอิเล็กตรอนหรือไม่

• ใช่ — ระดับตั้งต้นต่างกันให้ความยาวคลื่นต่างกันแบบแยกเป็นหลัก (เส้นบัลเมอร์ Hα, Hβ, Hγ…)
• ไม่ การเปลี่ยนระดับทุกแบบที่ลงมาที่ n = 2 ปล่อยความยาวคลื่นเดียวกัน
• ความยาวคลื่นเป็นค่าใดก็ได้ในช่วงต่อเนื่อง ไม่ใช่ค่าแยกเป็นหลัก ๆ

2 · จัดเตรียม

1. เปิดพรีเซ็ท balmer-alpha แล้วกดรีเซ็ต การเปลี่ยนระดับดีฟอลต์ของพรีเซ็ทนี้คือ n = 3 → n = 2 (Hα เส้นบัลเมอร์สีแดง)
2. เปิดค่าแสดงความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมา
3. ตั้งระดับพลังงานตั้งต้น n_initial ของแต่ละรอบ (ตกลงสู่ n_final = 2) แล้วบันทึกความยาวคลื่นที่ปล่อยออก

3 · เก็บข้อมูล

พล็อต 1/λ (แกน y) กับ 1/n_i² (แกน x) จากสามรอบการทดลอง เส้นนี้ตรงหรือไม่

4 · วิเคราะห์

1. สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณ 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) โดยใช้ค่าคงที่ริดเบิร์ก R = 1.097×10⁷ m⁻¹ และ n_f = 2 เทียบกับตาราง
2. อธิบายว่าเหตุใดความยาวคลื่นจึงสั้นลง (พลังงานสูงขึ้น) เมื่อ n_i เพิ่มขึ้น แต่ระยะห่างระหว่างเส้นติดกัน (Hα, Hβ, Hγ) กลับแคบลง — พวกมันบรรจบเข้าหาขีดจำกัดของอนุกรมแทนที่จะกระจายออกไปไม่สิ้นสุด

5 · ต่อยอด

1. อนุกรมบัลเมอร์เป็นอนุกรมไฮโดรเจนเดียวที่ตกอยู่ในช่วงสเปกตรัมที่มองเห็นได้ (ราว 400–700 nm) จึงเป็นอนุกรมแรกที่ถูกค้นพบในประวัติศาสตร์ โดยโยฮันน์บัลเมอร์ในปี 1885 ก่อนทฤษฎีอะตอมที่อยู่เบื้องหลังจะมีอยู่ จงอธิบายว่าทำไมอนุกรมลีแมน (ตกสู่ n = 1) และอนุกรมพาเชน (ตกสู่ n = 3) จึงอยู่นอกแสงที่มองเห็น
2. นักดาราศาสตร์ระบุไฮโดรเจนในดาวฤกษ์ที่ไกลโดยตรวจพบความยาวคลื่นบัลเมอร์เหล่านี้ในสเปกตรัมของแสงดาว อธิบายว่าเหตุใดการพบความยาวคลื่นบัลเมอร์-อัลฟาที่เลื่อนไป (ไม่ตรงพอดี) ในสเปกตรัมของดาวจึงบอกนักดาราศาสตร์ว่าดวงดาวกำลังเคลื่อนที่เทียบกับโลก (ปรากฏการณ์ดอปเลอร์)

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง