อนุกรมพาเชน เส้นอินฟราเรดของไฮโดรเจน

1 · ทำนาย

อิเล็กตรอนที่ตกสู่ n = 3 (อนุกรมพาเชน) ปล่อยช่องว่างพลังงานเล็กกว่าอนุกรมบัลเมอร์หรือลีแมน นี่หมายความว่าโฟตอนพาเชนตกอยู่ในอินฟราเรด เกินกว่าที่ตาจะมองเห็นหรือไม่

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

2 · จัดเตรียม

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

3 · เก็บข้อมูล

พล็อตความยาวคลื่นที่ปล่อย λ (แกน y) กับระดับตั้งต้น n_i (แกน x) จากสามรอบการทดลอง

4 · วิเคราะห์

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

5 · ต่อยอด

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

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง