Серия Balmer

Источник: Смаа Корайм из Университета Джонса Хопкинса, доктор медицины, США

1. Спектральные эмиссионные линии водорода, гелия и неонаExpand

   В этом эксперименте вы будете использовать спектрофотометр для измерения различных длин волн света, излучаемого в ультрафиолетовом и видимом диапазоне при электронной релаксации в водороде, гелии и неоне. Прежде чем приступить к лабораторной работе, составьте таблицу в своей лабораторной тетради для элементов, которые вы будете анализировать, цвета света, который вы наблюдаете от ламп, и записанных длин волн.

   Таблица 1: Длины волн излучения

   Elements	Color	Различные длины волн, λ (нм)
   H
   He
   Ne

   Нажмите здесь, чтобы скачать таблицу 1

   • Сначала наденьте лабораторный халат, защитные очки и нитриловые перчатки. Мы предлагаем учащимся поработать в парах для проведения этого эксперимента.
   • Включите портативный спектрофотометр и создайте новый файл для спектра эмиссии водорода. Сконфигурируйте спектрофотометр для измерения интенсивности излучения с временем дискретизации 200 мс без усреднения выборки.
   • Когда инструктор звонит вам, поднесите спектрофотометр к водородной лампе. Учащийся, держащий датчик, должен подойти близко к лампе, а другой должен быть готов начать съемку спектрофотометра.
   • Когда инструктор включает лампу, удерживайте датчик в центре лампы и начните отображать спектр. заметка: Захватывайте спектр, как только он станет четким и будет иметь минимальный шум, так как лампу нельзя оставлять включенной более чем на 30 секунд за один раз.
   • Сохраните водородный спектр. Поставим еще один эксперимент с теми же параметрами и получим спектр гелия. Таким же образом приобретайте спектр неона.
   • Экспортируйте сохраненные данные, выключите спектрофотометр и уберите его.
2. Результаты<кнопка class="развернуть">Развернуть
   • Настройте формулу Ридберга для вычисления длин волн ряда Балмера. Примечание: n_initial — это номер энергетического уровня, на котором начинается возбужденный электрон, а n_final — это энергетический уровень, до которого электрон расслабляется. Установите n_final на 2.

     Таблица 2: Частота и энергия для каждой длины волны

     Постоянная Ридберга (м-1)	1.098 × 107
     c (м/с)	2.998 × 108
     h (J·s)	6.626 × 10-34
     ni → nf	λрассчитано (нм)	λизмерено (нм)	v (THz)	E (eV)
     7 → 2
     6 → 2
     5 → 2
     4 → 2
     3 → 2

     Нажмите здесь, чтобы скачать таблицу 2
   • Найдите длину волны света, испускаемого электроном, расслабляющимся от уровня 3 до уровня 2. Заполните постоянную Ридберга для R_H и решите для 1/λ. заметка: Обратной величиной этой величины является длина волны, которая может быть преобразована в нм.
   • Рассчитайте переходы от энергетических уровней 4, 5, 6 и 7 таким же образом. заметка: Вы должны увидеть хорошее соответствие между вашими данными и расчетами.
   • Для каждой длины волны рассчитайте частоту в ТГц и энергию в эВ, используя следующие уравнения, где c - скорость света, а h - постоянная Планка.

     • 
     • 

   Посмотрите на рассчитанные энергии. Вы должны увидеть тенденцию к уменьшению энергетического разрыва с каждым добавленным уровнем энергии. Это отражается в расстоянии между пиками в спектре эмиссии водорода. Гелий и неон разделяют эту тенденцию к распределению энергетических уровней.

   В гелиевом спектре добавление еще одного электрона затрудняет расчет и идентификацию спектрального ряда. Это еще более очевидно в случае с неоном, в котором электронов на восемь электронов больше, чем в гелии.