سلسلة بالمر

المصدر: سماء قريم من جامعة جونز هوبكنز ، دكتوراه في الطب ، الولايات المتحدة الأمريكية

1. خطوط الانبعاث الطيفي للهيدروجين والهيليوم والنيون تتوسع

   في هذه التجربة ، ستستخدم مقياس الطيف الضوئي لقياس الأطوال الموجية المميزة للضوء المنبعث في الأشعة فوق البنفسجية والنطاق المرئي عن طريق استرخاء الإلكترون في الهيدروجين والهيليوم والنيون. قبل البدء في المختبر ، قم بعمل جدول في دفتر ملاحظات المختبر الخاص بك للعناصر التي ستقوم بتحليلها ، ولون الضوء الذي تلاحظه من المصابيح ، والأطوال الموجية المسجلة.

   الجدول 1: الأطوال الموجية للانبعاث

   العناصر	اللون	الأطوال الموجية المميزة ، λ (nm)
   H
   هو
   ني

   انقر هنا لتنزيل الجدول 1

   • أولا ، ارتد معطف المختبر ونظارات السلامة وقفازات النتريل. نقترح على الطلاب العمل في أزواج لهذه التجربة.
   • قم بتشغيل مقياس الطيف الضوئي المحمول باليد وإنشاء ملف جديد للطيف انبعاث الهيدروجين. قم بتكوين مقياس الطيف الضوئي لقياس شدة الانبعاث بزمن أخذ عينات يبلغ 200 مللي ثانية، مع عدم وجود متوسط العينة.
   • عندما يتصل بك المدرب، أحضر مقياس الطيف الضوئي إلى مصباح الهيدروجين. يجب أن يتحرك الطالب الذي يحمل المستشعر بالقرب من المصباح ، ويجب أن يكون الآخر جاهزا لبدء الحصول على مقياس الطيف الضوئي.
   • عندما يقوم المدرب بتشغيل المصباح، أمسك المستشعر في منتصف المصباح وابدأ في عرض الطيف. ملاحظة: التقط الطيف بمجرد أن يصبح صافيا ويحتوي على الحد الأدنى من الضوضاء، حيث لا يمكن ترك المصباح مضاء لأكثر من 30 ثانية في المرة الواحدة.
   • احفظ طيف الهيدروجين. قم بإعداد تجربة أخرى باستخدام نفس المعلمات واحصل على طيف الهيليوم. احصل على طيف من النيون بنفس الطريقة.
   • قم بتصدير بياناتك المحفوظة ، وقم بإيقاف تشغيل مقياس الطيف الضوئي ، ووضعها بعيدا.
2. النتائجتوسيع
   • قم بإعداد صيغة Rydberg لحساب الأطوال الموجية لسلسلة Balmer. ملاحظة: n_initial هو رقم مستوى الطاقة حيث يبدأ الإلكترون المثار ، و n_final هو مستوى الطاقة الذي يرتاح إليه الإلكترون. قم بتعيين n_final إلى 2.

     الجدول 2: التردد والطاقة لكل طول موجي

     ثابت Rydberg (m-1)	1.098 × 107
     c (م / ق)	2.998 × 108
     h (J·s)	6.626 × 10-34
     ni → nf	λ محسوبة (نانومتر)	λ قياسي (نانومتر)	v (THz)	E (eV)
     7 → 2
     6 → 2
     5 → 2
     4 → 2
     3 → 2

     انقر هنا لتنزيل الجدول 2
   • أوجد الطول الموجي للضوء المنبعث من الإلكترون الذي يرتاح من المستوى 3 إلى المستوى 2. املأ ثابت Rydberg ل R_H وحل 1/λ. ملاحظة: مقلوب هذه القيمة هو الطول الموجي ، والذي يمكن تحويله إلى نانومتر.
   • احسب التحولات من مستويات الطاقة 4 و 5 و 6 و 7 بنفس الطريقة. ملاحظة: من المفترض أن ترى تطابقا جيدا بين بياناتك وحساباتك.
   • لكل طول موجي ، احسب التردد في THz والطاقة في eV باستخدام المعادلات التالية ، حيث c هي سرعة الضوء و h هو ثابت بلانك.

     • 
     • 

   انظر إلى الطاقات المحسوبة. يجب أن ترى اتجاها لفجوة الطاقة تزداد بمقدار أقل مع كل مستوى طاقة مضاف. وينعكس هذا في تباعد القمم في طيف انبعاث الهيدروجين. يشترك الهيليوم والنيون في اتجاه تباعد مستوى الطاقة هذا.

   من طيف الهيليوم ، فإن إضافة إلكترون واحد آخر يجعل من الصعب حساب السلسلة الطيفية وتحديدها. هذا أكثر وضوحا في النيون ، الذي يحتوي على ثمانية إلكترونات أكثر من الهيليوم.