Dòng Lyman: Dây chuyền hydro cực tím
1 · Dự đoán
Các electron rơi xuống trạng thái cơ bản (n = 1) phát ra chuỗi Lyman. So với dãy Balmer (giảm xuống n = 2), bạn mong đợi các photon Lyman có nhiều hay ít năng lượng?
- Ít năng lượng hơn chuyển tiếp Balmer.
- Nhiều năng lượng hơn (bước sóng ngắn hơn) - giảm xuống trạng thái cơ bản sẽ giải phóng khoảng cách năng lượng lớn hơn so với giảm xuống n = 2.
- Năng lượng tương tự như chuyển tiếp Balmer tương đương.
2 · Thiết lập
- Mở cài đặt sẵn lyman-alpha và nhấn Reset. Chuyển đổi mặc định của giá trị đặt trước này là n = 2 → n = 1 (Lyman-alpha).
- Kích hoạt tính năng đọc bước sóng phát ra.
- Đặt mức năng lượng ban đầu n_initial cho mỗi lần thử (giảm xuống n_final = 1) và ghi lại bước sóng phát ra.
3 · Thu thập dữ liệu
| Cấp độ bắt đầu n_i | Bước sóng phát ra λ (nm) |
|---|---|
| 2 | |
| 3 | |
| 4 |
Vẽ biểu đồ bước sóng phát ra λ (trục y) so với mức bắt đầu n_i (trục x) cho ba lần thử của bạn.
4 · Phân tích
- Đối với một lần thử, hãy tính 1 /λ = R(1/n_f² − 1 /n_i²) bằng cách sử dụng n_f = 1 . So sánh với bảng. Xác nhận cả ba bước sóng đều nằm dưới 122 nm — tia cực tím sâu, không nhìn thấy được bằng mắt.
- So sánh bước sóng Lyman của bạn với bước sóng ánh sáng khả kiến của thí nghiệm balmer-alpha. Giải thích tại sao giảm xuống n = 1 (khoảng cách năng lượng lớn hơn nhiều so với giảm xuống n = 2 ) luôn tạo ra các photon năng lượng cao hơn , bước sóng ngắn hơn.
5 · Gia hạn
- Tia cực tím thuộc dãy Lyman gần như bị bầu khí quyển Trái đất hấp thụ hoàn toàn trước khi chạm tới mặt đất. Giải thích tại sao cần có kính thiên văn không gian (chứ không phải kính đặt trên mặt đất) để quan sát sự phát xạ Lyman-alpha của hydro từ các vật thể thiên văn ở xa.
- Khi n_i → ∞, 1 /λ tiếp cận chính xác R (giới hạn chuỗi), tương ứng với một electron hầu như không thoát khỏi nguyên tử hoàn toàn (ion hóa) thay vì một quá trình chuyển đổi cụ thể. Sử dụng công thức của bạn, giải thích tại sao giới hạn chuỗi biểu thị năng lượng ion hóa từ trạng thái cơ bản.
Vật lý đằng sau thí nghiệm này
Dòng Lyman (Chuyển đổi trạng thái cơ bản)
Các chuyển đổi kết thúc ở n_f = 1 giải phóng những khoảng trống năng lượng lớn nhất có thể có trong hydro, vì trạng thái cơ bản nằm thấp hơn nhiều so với mọi mức kích thích - tạo ra chuỗi quang phổ bước sóng ngắn nhất ( năng lượng cao nhất ), hoàn toàn ở vùng tử ngoại.