Серия Пикеринга

Серия Пикеринга (также известная как серия Пикеринга-Фаулера ) состоит из трех линий однократно ионизированного гелия , обнаруженного, обычно в поглощении, в спектрах горячих звезд, таких как звезды Вольфа-Райе . Имя происходит от Эдварда Чарльза Пикеринга. и Альфред Фаулер . Линии возникают в результате переходов с более высокого энергетического уровня электрона на уровень с главным квантовым числом n = 4. Линии имеют длины волн:

• 10124 Å ( от n = 5 до n = 4) (инфракрасный)
• 6560 Å ( от n = 6 до n = 4)  
• 5412 Å ( от n = 7 до n = 4)  
• 4859 Å ( от n = 8 до n = 4)  
• 4541 Å ( от n = 9 до n = 4)  
• 4339 Å ( от n = 10 до n = 4)  
• 3645,56 Å ( от n = ∞ до n = 4, теоретический предел, ультрафиолет)

Переходы из четных n-состояний перекрываются линиями водорода и поэтому маскируются типичными абсорбционными звездными спектрами. Однако они видны в излучении в спектрах звезд Вольфа-Райе, поскольку в этих звездах мало водорода или он вообще отсутствует.

В 1896 году Пикеринг опубликовал наблюдения ранее неизвестных линий в спектрах звезды Зета Корма . Пикеринг объяснил это наблюдение новой формой водорода с полуцелыми переходными уровнями. Фаулеру удалось получить подобные линии из смеси водорода и гелия в 1912 году, и он поддержал вывод Пикеринга об их происхождении. Однако Нильс Бор включил анализ этого сериала в свою «трилогию». об атомной структуре и пришел к выводу, что Пикеринг и Фаулер были неправы и что вместо этого спектральные линии возникают из однократно ионизированного гелия . ⁺ . Фаулер поначалу отнесся к этому скептически. но в конце концов был убежден что Бор был прав, а к 1915 году «спектроскописты окончательно перевели [ряд Пикеринга] [с водорода] на гелий». Теоретическая работа Бора над рядом Пикеринга продемонстрировала необходимость «пересмотра проблем, которые, казалось, уже были решены в рамках классических теорий» и предоставила важное подтверждение его атомной теории.

Формула длины волны

Основная статья: формула Ридберга

Разность энергий между уровнями в модели Бора и, следовательно, длины волн испускаемых или поглощаемых фотонов определяется формулой Ридберга: $${\frac {1}{\lambda }}=Z^{2}R_{M}\left({\frac {1}{{n_{1}}^{2}}}-{\frac {1}{{n_{2}}^{2}}}\right)$$где

• $Z$ атомный номер ,
• $n_{1}$ — главное квантовое число нижнего энергетического уровня,
• $n_{2}$ — главное квантовое число верхнего энергетического уровня, а
• $R_{M}$ - постоянная Ридберга для ядра массы $M$. Отсюда следует $R_{M}={\frac {\mu }{m_{e}}}R_{\infty }$ с $\mu$ уменьшенная масса ядра и $R_{\infty }={\frac {m_{e}{q_{e}}^{4}}{64\pi ^{3}{\varepsilon _{0}}^{2}\hbar ^{3}c}}$ — постоянная Ридберга .

Для гелия, $Z=2$, серия Пикеринга-Фаулера предназначена для $n_{1}=4$ и уменьшенная масса для ${}_{2}^{4}{\text{He}}^{+}$ является $\mu ={\frac {1}{{\frac {1}{m_{e}}}+{\frac {1}{2m_{p}+2m_{n}}}}}$ таким образом ${\frac {\mu }{m_{e}}}={\frac {1}{1+{\frac {m_{e}}{2m_{p}+2m_{n}}}}}\approx 0.99986396$, который обычно аппроксимируется как $1$ (на самом деле, хотя это число и меняется для каждого изотопа гелия , оно примерно постоянно). Более точное описание можно использовать с помощью Бора – Зоммерфельда модели атома .

Теоретический предел длины волны в приборе Пикеринга-Фаулера определяется формулой: $\lambda _{\infty }^{\text{PF}}={\frac {4}{R_{\infty }}}$, что составляет примерно 364,556 нм, что является тем же пределом, что и в серии Бальмера ( спектральная серия водорода для $n_{2}=2$). Обратите внимание, что переходы в ряду Пикеринга-Фаулера для n=6,8,10 (6560Å, 4859Å и 4339Å соответственно) почти идентичны переходам в ряду Бальмера для n=3,4,5 (6563Å, 4861Å и 4340Å соответственно). Тот факт, что в ряду Пикеринга-Фаулера есть промежуточные значения, заставил ученых предположить, что это связано с водородом с полупереходами («полуводород»). Однако Нильс Бор на своей модели показал, что это произошло из-за однократно ионизированного гелия. ${}_{2}{\text{He}}^{+}$, водородоподобный атом . Это также показывает предсказуемость модели Бора.

Внешние ссылки

• ПРОТО-ВОДОРОД