Сучасна фізика

Лінія Лаймана α

Ультрафіолетова серія Лаймана — перехід до основного стану.

Лінія Лаймана α — інтерактивне моделювання: Сучасна фізика. Ультрафіолетова серія Лаймана — перехід до основного стану. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Серія Лаймана

Ультрафіолетова серія Лаймана — переходи до основного стану.

Переходи до n = 1 дають ультрафіолетові лінії серії Лаймана з коротшою довжиною хвилі, ніж Бальмер. Лайман-α на 121.6 nm виділяється в астрофізичних хмарах водню і був ключем до дослідження міжгалактичного середовища.

• Ультрафіолетовий перехід
• n → 1

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Електрони, що падають аж до основного стану (n = 1), випромінюють серію Лаймана. Порівняно з серією Бальмера (падіння до n = 2), ви очікували б більш чи менш енергійні фотони Лаймана?

Прогнози для зважування

• Менше енергії, ніж переходи Бальмера.
• Більше енергії (коротша довжина хвилі) — падіння до основного стану вивільняє більший енергетичний розрив, ніж падіння до n = 2.
• Та сама енергія, що еквівалентні переходи Бальмера.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Стартовий рівень n_i

Що ви вимірюєте:

• Випромінена довжина хвилі λ (nm)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет lyman-alpha та натисніть «Скинути». Типовий перехід цього пресета n = 2 → n = 1 (Лайман-альфа).
2. Увімкніть показ випроміненої довжини хвилі.
3. Задайте початковий енергетичний рівень n_initial для кожного заміру (падіння до n_final = 1) та запишіть випромінену довжину хвилі.

Керівне рівняння

Серія Лаймана (переходи до основного стану) — λ = hc/ΔE

Переходи, що закінчуються на n_f = 1, вивільняють найбільші можливі енергетичні розриви у водні, бо основний стан сидить далеко нижче кожного збудженого рівня — даючи найкоротшохвильову (найенергійнішу) спектральну серію, цілком в ультрафіолеті.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Для одного заміру обчисліть 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) з n_f = 1. Порівняйте з таблицею. Підтвердьте, що всі три довжини хвиль нижче 122 nm — глибокий ультрафіолет, невидимий оку.
• Порівняйте ваші довжини хвиль Лаймана з довжинами хвиль видимого світла експерименту balmer-alpha. Поясніть, чому падіння до n = 1 (набагато більший енергетичний розрив, ніж падіння до n = 2) завжди дає вищу енергію, коротшохвильові фотони.

Де це трапляється за межами лабораторії

• Ультрафіолетове світло серії Лаймана майже повністю поглинається атмосферою Землі досягнення землі. Поясніть, чому для спостереження лайман-альфа випромінювання водню з далеких астрономічних об'єктів потрібні космічні телескопи (а не наземні).
• При n_i → ∞, 1/λ наближається точно до R (межа серії), що відповідає електрону, який ледь утікає з атома (іонізація), а не конкретному переходу. Використовуючи формулу, поясніть, чому межа серії представляє енергію іонізації з основного стану.

• 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. Вітаємо в Лайман-альфа
2. Виберіть атом
3. Натисніть «Запустити»
4. Ультрафіолетовий перехід
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Модель Бора та спектри водню