Series de Balmer

Determinar las longitudes de Onda Hα, Hβ y Hγ. de las series de Balmer
del hidrogeno
Objetivos del experimento
■
Observar las líneas espectrales del Hidrogeno atómico con una rejilla de alta resolución.
■
Medir las longitudes de onda Hα, Hβ y Hγ de las serie de Balmer.
■
Determinar la constante R∞ (Rydberg).
Principios
En el rango visible, el espectro de emisión del hidrógeno atómico tiene las líneas
Hα, Hβ y Hγ. Estas líneas pertenecen a una serie completa que se extiende
dentro de la gama ultravioleta. En 1885, Balmer estableció la siguiente fórmula
empírica para las frecuencias de esta serie:
Más tarde, la fórmula de Balmer se explicó en el marco del modelo de átomo de
Bohr (ver fig. 1). En el experimento, el espectro de emisión se excita por medio de
una lámpara de Balmer que se llena con vapor de agua. Las moléculas de agua
se descomponen por la descarga eléctrica en hidrógeno atómico excitado y un
grupo hidroxilo. Las longitudes de onda Hα, Hβ y Hγ se determinan con una rejilla
de alta resolución. En el primer orden de la rejilla, la relación entre la longitud de
onda X y el ángulo de observación ϑ es:
X = d sin ϑ
d: constante de la rejilla
Figura 1. Modelo atomico de Bohr del Hidrogeno con
transiciones de la serie de Balmer,
Los valores medidos son comparados con las frecuencias calculadas con la fórmula de Balmer (I).
Instalación
Nota: Las líneas espectrales solo pueden observarse en un cuarto complemente obscuro.
El montaje experimental se ilustra en las Figuras 2 y 3.
Figura 2. Instalación experimental para estudiar las
series de Balmer del Hidrogeno atómico (las figuras
indican la posición de los lados izquierdos de las
mordazas sobre el banco óptico.
a. Lámpara de Balmer
b. Lentes f = 50mm
c. Ranura ajustable
d. Lentes f = 100mm
e. Rejilla
f. Pantalla
Figura 3. Detalle de la rejilla Rowland y la pantalla
translucida.
Nota de Seguridad
1
La fuente de alimentación genera peligrosos voltajes accesible en los contactos del soporte, aún no estando la
lámpara de Balmer montada.
■ No conecte la fuente de alimentación, siempre y cuando la lámpara de Balmer no se haya montado.
Montaje
- Si es necesario, monte la lámpara de Balmer en su soporte como se explica en la hoja de instrucciones.
- Instale el banco óptico pequeño, y fije las mordazas múltiples Leybold, como se muestra en la figura 2. La
segunda mordaza tiene que ser girada 180°.
- Monte el soporte de la lámpara de Balmer en el banco óptico, conecte la fuente de alimentación a la red
eléctrica y enciéndalo.
- Monte las dos lentes, la ranura ajustable y el sujetador con muelles, y alinéelos en altura.
- Monte la pantalla translúcida como se muestra en la fig. 3.
Ajuste fino
- Alinie la lámpara de Balmer con el eje óptico, girando el soporte en la mordaza múltiples Leybold y por
desplazamiento vertical.
- Desplace la lente, f = 50 mm, paralela y ortogonalmente al eje óptico hasta que la lámpara de Balmer de una
imagen clara sobre la rendija ajustable.
- Enfoque la ranura sobre la pantalla translúcida de forma variable desplazando la lente, f = 100 mm.
Realización del ensayo
- Mueva la copia de una rejilla Rowland en la trayectoria del rayo.
- Obscurezca la sala del experimentación por completo, y observe la pantalla translúcida en la transmisión.
- Limite la ranura ajustable hasta que las líneas separadas sean visibles en la pantalla.
- Si es necesario, bloquee la luz no deseada de la lámpara de Balmer con una pedazo de cartón.
- Marque las posiciones de las líneas y del orden cero en la pantalla.
- Mida la distancia b entre las líneas y el orden cero en la pantalla.
- Determine la distancia a entre la rejilla Rowland y la pantalla translúcida (véase la Fig. 3.).
Figura 4. Difracción
Figura 5.
Ejemplo de medición
Distancia de la rejilla a:
Distancia de las lineas
Tabla 1. Distancia b entre las lineas y el orden cero (constante de la rejilla g=600mm-1)
Color
b/mm
Izquierdo Derecho
Rojo
121
123
Turquesa
89
87
Azul
78
76
Evaluación
Constante de la rejilla: d=1/g=1.67 µm
Distancia de la rejilla (ver Fig. 3):
Resultados
Las frecuencias de la serie de Balmer del hidrógeno se obtienen mediante la fórmula de Balmer, que sigue
inmediatamente a partir del modelo de átomo de Bohr
2
Fig. 5 is a
Measuring example
Distance of the grating a:
multiclamp 1 - multiclamp 2:
a-| = 275 mm
middle of handle - edge of holder:
a2 = 5 mm
Rowland grating:
d1 = 2.5 mm
translucent screen:
d2 = 3 mm
1
1
plot of the frequencies as a function of the term —-----------------The
4 m2
slope of the straight line through the origin drawn in the graph is R =
3.27 ■ 1015 s - 1. This value is in excellent agreement with the value of
the Rydberg constant quoted in the literature (see above).
Results
Distances of the lines:
Table 1: Distances b between the lines and the zeroth order (grating
constant g = 600 mm-1)
The frequencies of the Balmer series of hydrogen are given by the
Balmer formula, which follows immediately from the Bohr atom
model.
b mm
Colour
red
tourquoise
blue
left
121
89
78
right
123
87
76
In Table 2, the wavelengths and frequencies of the lines
Ha, Hp and H7 as determined in the experiment are listed.
Fig. 4 First order diffraction at a grating.
1 1
Fig. 5 Frequencies v as a function of -4 - —2
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