Серія Бальмера: видимі спектральні лінії водню

1 · Прогноз

Електрон в атомі водню падає з вищого енергетичного рівня на рівень n = 2, випромінюючи фотон (серія Бальмера — єдині лінії водню, видимі оку). Чи залежить випромінена довжина хвилі від того, з якого рівня стартував електрон?

• Так — різні стартові рівні дають різні, дискретно розставлені довжини хвиль (лінії Бальмера Hα, Hβ, Hγ…).
• Ні — кожен перехід вниз до n = 2 випромінює ту саму довжину хвилі.
• Довжина хвилі може бути будь-якою в неперервному діапазоні, не дискретною.

2 · Установка

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

3 · Збір даних

Побудуйте 1/λ (вісь y) проти 1/n_i² (вісь x) для трьох замірів. Чи пряма лінія?

4 · Аналіз

1. Для одного заміру обчисліть 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) зі сталою Рідберга R = 1.097×10⁷ м⁻¹ та n_f = 2. Порівняйте з таблицею.
2. Поясніть, чому довжини хвиль стають коротшими (вища енергія) зі зростанням n_i, але відстань між послідовними лініями (Hα, Hβ, Hγ) стискається — вони збігаються до межі серії, а не розходяться нескінченно.

5 · Поглиблення

1. Серія Бальмера — єдина серія водню, що потрапляє у видимий спектр (приблизно 400–700 nm) — саме тому її історично відкрили першою, Йоганном Бальмером 1885 року, ще до виникнення атомної теорії. Поясніть, чому серія Лаймана (падіння до n = 1) та серія Пашена (падіння до n = 3) лежать поза видимим світлом.
2. Астрономи ідентифікують водень у далеких зорях, виявляючи саме ці довжини хвиль Бальмера у спектрах зоряного світла. Поясніть, чому знаходження зсунутої (не точної) довжини хвилі Бальмера-альфа в спектрі зорі каже астрономам, що зоря рухається відносно Землі (ефект Доплера).

Фізика цього експерименту

← Назад до експерименту