Серия Лаймана

Серия Лаймана

Се́рия Ла́ймана — серия спектральных линий в спектре атома водорода. Эта серия образуется при переходах электронов с возбуждённых энергетических уровней на первый невозбуждённый уровень основного состояния атома водорода в спектре излучения (эмиссионном спектре) и с первого уровня на все остальные в спектре поглощении.

Переход с ближайшего верхнего уровня на некоторый уровень во всех спектральных сериях водорода обозначается греческой буквой $\alpha ,$ со следующего — буквой $\beta$ и Шаблон:Nobr Для обозначения самой серии Лаймана используется либо латинская буква $L$, либо сокращение $Ly$. Таким образом, полное обозначение спектральной линии, возникающей при переходе электрона со второго уровня на первый — $L_{\alpha }$ или $Ly$_α (произносится: Лайман альфа), с третьего $L_{\beta }$ или $Ly$_β и Шаблон:Nobr

Серия названа в честь американского физика Теодора Лаймана, открывшего эту серию в 1906 году.

Серия Лаймана

Формула Ридберга для серии Лаймана выглядит следующим образом:

$\frac{1}{\lambda }=R_{\text{H}}(\frac{1}{1^2}-\frac{1}{n^2})(R_{\text{H}}\approx 1,0968\times 10^7{\text{m}}^{-1}\approx \frac{13,6\text{eV}}{hc}),$

где $n$ — главное квантовое число — натуральное число, большее либо равное 2;

$R_H$ — постоянная Ридберга для атома водорода.

Самая коротковолновая граница серии Лаймана Шаблон:Nobr что соответствует энергии Шаблон:Nobr — минимальной энергии ионизации невозбуждённого атома водорода. С этой стороны в наблюдаемом спектре водорода к серии Лаймана примыкает сплошной спектр, соответствующей энергиям, превышающим энергию связи электрона и протона в атоме водорода.

Все линии серии Лаймана находятся в ультрафиолетовом диапазоне:

n	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	$\mathrm{\infty }$
Длина волны, нм	121,6	102,5	97,2	94,9	93,7	93,0	92,6	92,3	92,1	91,9	91,15

Применение

Длина волны Шаблон:Nobr называется пределом серии Лаймана. Самые древние звёзды состоят преимущественно из водорода, поэтому в их спектре нет спектральных линий короче этого предела. Вследствие этого резкое падение интенсивности их спектра в коротковолновой части может быть однозначно интерпретировано как наблюдение предела Лаймана. При этом из-за расширения Вселенной предел Лаймана испытывает красное смещение, которое может быть вычислено по наблюдаемой длине волны предела и известному значению для покоящегося относительно наблюдателя газа. Кроме того, существует связь между красным смещением и расстоянием до звезды. Таким образом, наблюдение предела Лаймана позволяет определять расстояние до далёких и древних звёзд.

Линии серии Лаймана представляют особый интерес для астрономов, изучающих звезды и галактики по красному смещению. Из-за красного смещения свет далёких галактик и квазаров находится частично в видимом или инфракрасном спектральном диапазоне, что позволяет исследовать крупномасштабное распределение водорода во Вселенной по анализу поглощения линии Лайман-альфа в межгалактическом нейтральном водороде даже наземными обсерваториями (см. Лес Лайман-альфа).

Ещё одна область применения — метеорология. Гигрометры, принцип действия которых основан на измерении интенсивности линии Лайман-α, используются для измерения влажности верхних слоёв атмосферы, оборудование устанавливается на исследовательских самолётах.

См. также

• Модель Бора
• Спектральные серии водорода
• Формула Бальмера — Ридберга
• Серия Бальмера
• Серия Пашена
• Серия Брэккета
• Серия Пфунда
• Лес Лайман-альфа
• Атом водорода

Ссылки

• Спектр водорода (анимация)