帕邢系列：红外氢气线
1·预测
降至 n = 3（帕邢系列）的电子释放的能隙比巴尔默或莱曼系列更小。这是否意味着帕邢光子落在红外线中，超出了肉眼可见的范围？
- 是的，更小的能隙意味着更长的波长，将帕邢线推入红外线。
- 不——帕邢线仍然可见。
- 帕邢线实际上是 X 射线范围内的更高能量。
2·设置
- 打开「帕邢系列：红外氢气线（paschen-beta）」预设并按重置。此预设的默认过渡是 n = 5 → n = 3 (Paschen-beta)。
- 启用发射波长读数。
- 设置每次试验的起始能级 n_initial（降至 n_final = 3）并记录发射波长。
3·收集数据
| 起始级别 n_i | 发射波长λ (nm) |
|---|---|
| 4 | |
| 5 | |
| 6 |
针对三次试验，绘制发射波长λ（y轴）相对起始能级n_i（x轴）的关系图。
4·分析
- 对于一项试验，使用 n_f = 3 计算 1/λ = R(1/n_f² − 1/n_i²)。与表进行比较。确认所有三个波长均高于 1000 nm（红外线）。
- 将这些波长的大小与balmer-alpha及lyman-alpha实验进行比较。请解释这一整体规律：终态n_f越高的谱线系（到基准能级的能量差越小），产生的光子波长越长、能量越低。
5·扩展
- 随着 n 的增加，氢的能级变得更加接近（E_n ∝ -1/n²），因此高能级之间的跃迁释放的能量比涉及低能级的跃迁释放的能量更少。解释为什么高 n 能级的这种拥挤解释了为什么帕邢级数 (n_f = 3) 涵盖的能量范围比您最初预期的更广。
- 红外天文学正是利用这些帕邢系（乃至波长更长的布拉开系、普丰德系）谱线，来研究被宇宙尘埃遮挡、可见光无法穿透区域中的氢。为什么红外光可能比可见光更容易穿透宇宙尘埃？
这个实验背后的物理原理
帕邢系列（红外跃迁）
终态为n_f = 3的跃迁，其能级差小于巴耳末系（n_f = 2）或莱曼系（n_f = 1），因为n值较高的能级间距更密——由此产生波长更长的红外光子。