Dòng Paschen: Dây hydro hồng ngoại
1 · Dự đoán
Các electron giảm xuống n = 3 (dãy Paschen) giải phóng những khoảng trống năng lượng nhỏ hơn so với dãy Balmer hoặc Lyman. Phải chăng điều này có nghĩa là các photon Paschen rơi vào vùng hồng ngoại, vượt xa những gì mắt có thể nhìn thấy?
- Có - khoảng cách năng lượng nhỏ hơn có nghĩa là bước sóng dài hơn, đẩy các vạch Paschen vào vùng hồng ngoại.
- Không - Đường Paschen vẫn hiển thị.
- Các vạch Paschen thực sự có năng lượng cao hơn, trong phạm vi tia X.
2 · Thiết lập
- Mở cài đặt trước paschen-beta và nhấn Đặt lại. Chuyển đổi mặc định của cài đặt trước này là n = 5 → n = 3 (Paschen-beta).
- 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 = 3) và ghi lại bước sóng phát ra.
3 · Thu thập dữ liệu
| Cấp độ bắt đầu n_i | Bước sóng phát ra λ (nm) |
|---|---|
| 4 | |
| 5 | |
| 6 |
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 phép thử, hãy tính 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²) sử dụng n_f = 3. So sánh với bảng. Xác nhận cả ba bước sóng đều nằm trên 1000 nm - hồng ngoại.
- So sánh kích thước của các bước sóng này với các thí nghiệm Balmer-alpha và lyman-alpha. Giải thích mô hình tổng thể: chuỗi kết thúc ở n_f cao hơn (khoảng cách năng lượng nhỏ hơn so với mức tham chiếu mặt đất) tạo ra các photon có bước sóng dài hơn, năng lượng thấp hơn.
5 · Gia hạn
- Các mức năng lượng của hydro tiến gần nhau hơn khi n tăng (E_n ∝ −1/n²), nên sự chuyển đổi giữa các mức năng lượng cao giải phóng ít năng lượng hơn so với các chuyển đổi liên quan đến mức thấp. Giải thích tại sao sự tập trung các mức năng lượng ở mức n cao này giải thích tại sao chuỗi Paschen (n_f = 3 ) trải rộng trên phạm vi năng lượng rộng hơn bạn có thể mong đợi lúc đầu.
- Thiên văn học hồng ngoại sử dụng chính xác các dòng Paschen (và thậm chí cả những dòng có bước sóng dài hơn Brackett, Pfund) để nghiên cứu hydro trong các vùng không gian bụi bặm nơi ánh sáng khả kiến bị chặn. Tại sao ánh sáng hồng ngoại có thể xuyên qua bụi vũ trụ tốt hơn ánh sáng khả kiến?
Vật lý đằng sau thí nghiệm này
Dòng Paschen (Chuyển tiếp hồng ngoại)
Các chuyển tiếp kết thúc ở n_f = 3 bao gồm các khoảng trống năng lượng nhỏ hơn so với chuỗi Balmer (n_f = 2) hoặc Lyman (n_f = 1), vì các mức n cao hơn có khoảng cách gần nhau hơn - tạo ra các photon hồng ngoại, bước sóng dài hơn.