Серія Пашена: інфрачервоні лінії водню

1 · Прогноз

Електрони, що падають до n = 3 (серія Пашена), вивільняють менші енергетичні розриви, ніж серії Бальмера чи Лаймана. Чи означає це, що фотони Пашена потрапляють в інфрачервоне, поза межі видимого?

• Так — менші розриви енергії означають довші довжини хвиль, виштовхуючи лінії Пашена в інфрачервоне.
• Ні — лінії Пашена все ще видимі.
• Лінії Пашена насправді вищої енергії, у рентгенівському діапазоні.

2 · Установка

1. Відкрийте пресет paschen-beta та натисніть «Скинути». Типовий перехід цього пресета n = 5 → n = 3 (Пашен-бета).
2. Увімкніть показ випроміненої довжини хвилі.
3. Задайте початковий енергетичний рівень n_initial для кожного заміру (падіння до n_final = 3) та запишіть випромінену довжину хвилі.

3 · Збір даних

Побудуйте випромінену довжину хвилі λ (вісь y) проти стартового рівня n_i (вісь x) для трьох замірів.

4 · Аналіз

1. Для одного заміру обчисліть 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) з n_f = 3. Порівняйте з таблицею. Підтвердьте, що всі три довжини хвиль понад 1000 nm — інфрачервоні.
2. Порівняйте розмір цих довжин хвиль з експериментами balmer-alpha та lyman-alpha. Поясніть загальний патерн: серії, що закінчуються на вищому n_f (менший енергетичний розрив до основного орієнтирного рівня), дають довшохвильові, менш енергійні фотони.

5 · Поглиблення

1. Енергетичні рівні водню зближаються зі зростанням n (E_n ∝ −1/n²), тож переходи між високими рівнями вивільняють менше енергії, ніж переходи з участю низьких рівнів. Поясніть, чому це згущення рівнів при високому n пояснює, що серія Пашена (n_f = 3) охоплює ширший діапазон енергій, ніж ви могли б спершу очікувати.
2. Інфрачервона астрономія використовує саме ці лінії Пашена (і навіть довшохвильові Брекетта, Пфунда) для вивчення водню в запилених областях космосу, де видиме світло заблоковане. Чому інфрачервоне світло може проникати крізь космічний пил краще за видиме?

Фізика цього експерименту

← Назад до експерименту