譜系

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簡介

根據一般的概念化，譜系指的是一組代表均勻速度和距離的平行線。在這種情況下，人們觀察到光的波長會對這些譜線的波長產生重大影響。基於這一基本信念，本教程將定義氫原子的譜系。此外，本教程還將包括譜系的形成以及裡德伯公式的解釋。

譜系：定義

圖 1：譜系

理解譜系原理最簡單的方法被認為是研究氫原子。自然界中最基本的原子體系是氫，它有一個電子和一個質子。當光或輻射進入帶有狹縫的裝置時，就會形成影像。藉助分光鏡，可以觀察到這幅影像 (Du 等人，2021)。由光波長形成的譜線並排排列成平行形式，並保持一致的間距。

譜系的形成

圖 2：譜系的形成

為了理解譜系的形成，通常使用玻爾的原子模型。

應用於經典電磁理論，該模型用於解釋每個原子所包含的一組能級 (McGuire 等人，2021)。

能級通常根據量子數命名。當電子從較高能級 (nh) 跳到較低能級 (nl) 時，會觀察到釋放能量為 nh – nl 的光子。

當在彼此相似的兩個能級之間發生躍遷時，會觀察到相同能量聲子的產生，因為每個狀態的關聯能量是固定的，這有助於將譜系劃分為等效的系列。

裡德伯公式

圖 3：裡德伯公式

原子氫被認為是呈現發射光譜的原因。人們發現這種特定光譜由不同的數值譜系組成。

一旦能級達到激發態，就會觀察到氣體電子在能級之間躍遷。可以使用裡德伯公式計算譜系的波長 (En.universaldenker，2022)。

玻爾模型中觀察到的能級差異與發射光子的譜線的波長之間的差異通常由裡德伯公式的數學表示來表示。

該公式的數學表示為 $\mathrm{\frac{1}{\lambda}=RZ^{2}(\frac{1}{n_1^{2}} −\frac{1}{n_2^{2}})}$。在該公式中，字母 R 被認為是裡德伯常數，其值為 1.0973710⁷ m^-1。λ 表示波長，Z 是原子序數。

譜系的型別

萊曼系

這個特定的系列以西奧多·萊曼的名字命名，因為他是該系列的創始人。根據玻爾模型，當觀察到電子從較高能級躍遷到 nl = 1 的能級時，就可以看到萊曼系的出現 (Quimby 等人，2018)。

巴爾末系

約翰·巴爾末通常在 1885 年發現了這個特定的系列。巴爾末系的出現可以在電子從較高能級轉移到較低能級 (nl = 2) 的時間觀察到，這些能級在電子光譜 (400nm 至 740nm) 中可見。

帕邢系

該系列以弗里德里希·帕邢的名字命名，他在 1908 年發現了該光譜。當電子從較高能級遷移到較低能級 (nl = 3) 時被認為是帕邢系 (Ucolick，2022)。該系列的波長位於電磁波譜的紅外範圍內。

布拉開特系

弗里德里希·薩姆納·布拉開特在 1922 年發現了這個特定的系列，因此該系列以他的名字命名。當電子開始從較高能級轉移到較低能級時，布拉開特系就會出現。

豐德系

該系列以奧古斯特·哈曼·豐德的名字命名，當電子遷移到較低能級 (nl = 5) 時發生。該系列的波長在電磁波譜的所有紅外部分中都被認為是電磁的。

漢弗萊系

該系列由柯蒂斯·J·漢弗萊斯資助，當電子從較高能級遷移到較低能級 (nl = 6) 時發生。

結論

本教程闡明瞭譜系概念的表示，該概念可以在氫原子光譜的不同階段從不同的角度觀察到。在本教程中，已經包括了為了計算光譜的輻射，使用了具有 $\mathrm{\frac{1}{\lambda}=RZ^{2}(\frac{1}{n_1^{2}} −\frac{1}{n_2^{2}})}$ 這種數學表示式的公式。在該公式中，R 的值被認為是 1.09737 ✕ 10⁷ m⁻¹。此外，本教程還解釋了幾種不同型別的譜系。

常見問題解答

Q1. 什麼是光子？

光子可以指負責傳遞電磁力的基本亞原子粒子。

Q2. 宇宙中最簡單的原子體系是什麼？

氫被認為是最簡單的原子，因為它包含一個電子和一個質子，並且氫存在於宇宙的四分之三部分。

Q3. 在光譜中觀察到多少條譜線？

在光譜中可以觀察到兩種型別的譜線，例如發射線和吸收線。當波長由粒子發射時，會發生髮射線，而當波長被粒子吸收時，會發生吸收線。

Q4. 如何計算譜線？

可以使用公式的數學表示來計算譜線，該公式寫成 (n₂ - n₁) (n₂ - n₁ + 1)/2。此特定公式表示可能的譜線數。

參考文獻

期刊

Du，C.，Zhang，X. N.，Sun，T. L.，Du，M.，Zheng，Q. 和 Wu，Z. L. (2021)。氫鍵締合介導的堅韌超分子水凝膠的動力學和粘彈性特性。大分子，54(9)，4313-4325。檢索自：https://www.researchgate.net

McGuire，B. A.，Loomis，R. A.，Burkhardt，A. M.，Lee，K. L. K.，Shingledecker，C. N.，Charnley，S. B.，... 和 McCarthy，M. C. (2021)。透過光譜匹配濾波檢測兩種星際多環芳烴。科學，371(6535)，1265-1269。檢索自：https://arxiv.org/pdf/2103.09984

Quimby，R. M.，De Cia，A.，Gal-Yam，A.，Leloudas，G.，Lunnan，R.，Perley，D. A.，... 和 Yaron，O. (2018)。來自帕洛瑪瞬變工廠的貧氫超亮超新星的光譜。天體物理學雜誌，855(1)，2。檢索自：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aaac2f/pdf

網站

En.universaldenker，(2022)。氫的裡德伯公式。檢索自：https://en.universaldenker.org/formulas/743 [檢索於 2022 年 6 月 17 日]

Ucolick，(2022)。譜線形成。檢索自：https://www.ucolick.org/~bolte/AY4_00/week2/spectral_line_formation.html [檢索於 2022 年 6 月 17 日]