帕邢系列：紅外線氫氣線
1·預測
降至 n = 3（帕邢系列）的電子釋放的能隙比巴爾默或萊曼系列更小。這是否意味著帕邢光子落在紅外線中，超出了肉眼可見的範圍？
- 是的，更小的能隙意味著更長的波長，將帕邢線推入紅外線。
- 不——帕邢線仍然可見。
- 帕邢線實際上是 X 射線範圍內的更高能量。
2·設定
- 開啟 paschen-beta 預設並按下 Reset。此預設的預設過渡是 n = 5 → n = 3 (Paschen-beta)。
- 啟用發射波長讀數。
- 設定每次試驗的起始能階 n_initial（降至 n_final = 3）並記錄發射波長。
3·收集數據
| 起始等級 n_i | 發射波長λ (nm) |
|---|---|
| 4 | |
| 5 | |
| 6 |
針對三次試驗，繪製發射波長λ（Y軸）相對起始能階n_i（x軸）的關係圖。
4·分析
- 對於一項試驗，使用 n_f = 3 計算 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²)。與表格進行比較。確認所有三個波長均高於 1000 nm（紅外線）。
- 將這些波長的大小與balmer-alpha及lyman-alpha實驗進行比較。請解釋這一整體規律：終態n_f越高的譜線系（到基準能階的能量差越小），產生的光子波長越長、能量越低。
5·擴展
- 隨著 n 的增加，氫的能階變得更加接近（E_n ∝ -1/n²），因此高能階之間的躍遷釋放的能量比涉及低能階的躍遷釋放的能量更少。解釋為什麼高 n 能階的這種擁擠解釋了為什麼帕邢級數 (n_f = 3) 涵蓋的能量範圍比您最初預期的更廣。
- 紅外線天文學正是利用這些帕申系（乃至波長更長的布拉克特系、普豐德系）譜線，來研究被宇宙塵埃遮擋、可見光無法穿透區域中的氫。為什麼紅外線可能比可見光更容易穿透宇宙塵埃？
這個實驗背後的物理原理
帕邢系列（紅外線躍遷）
終態為n_f = 3的躍遷，其能階差小於巴耳末系（n_f = 2）或萊曼系（n_f = 1），因為n值較高的能階間距更密——由此產生波長更長的紅外光子。