水素エネルギー準位計算機

水素は陽子一つと電子一つからなる最も単純な原子で、量子物理の基本モデルです。ボーアの描像では、電子は正の主量子数nで表される離散的な定常エネルギー準位だけを占めます。準位のエネルギーは負の13.6電子ボルトをnの二乗で割った値です。負のエネルギーは電子が原子核に束縛されていることを示し、ゼロは無限遠にある自由電子に対応します。nが大きくなるとエネルギーはゼロに近づき、準位は電離限界付近で密になります。 電子が許された二つの準位間を移るとき、準位のエネルギー差の絶対値に等しいエネルギーの光子をやり取りします。大きい主量子数から小さい主量子数への遷移では光子を放出し、小さい数から大きい数への遷移では吸収します。波長はプランクの関係式から求まり、周波数はエネルギーをプランク定数で割った値です。この計算機は、エネルギーと波長を結ぶ便利な定数1239.841984電子ボルト・ナノメートルと、電子ボルト・秒単位のプランク定数を使います。 水素のスペクトル線は最終準位によって名前の付いた系列を形成します。nが一で終わる遷移はライマン系列で、主に紫外域にあります。nが二で終わる遷移はバルマー系列で、その最初の線には可視の赤、青緑、紫の光が含まれます。nが三で終わる遷移は赤外域のパッシェン系列です。よく知られるバルマーα線はnが三から二への遷移で、波長は約656.4ナノメートルです。ライマンα線は二から一への遷移で、約121.6ナノメートルです。 この計算は微細構造を含まない、理想的で孤立した水素を表します。実際の観測線は電子スピン、相対論的補正、核の運動、電場・磁場、衝突、圧力広がり、ドップラー運動により分裂やシフトが生じます。電子・陽子系の換算質量によっても、精密なリュードベリ定数は核質量を無限大とする単純なモデルとわずかに異なります。これらは精密分光で重要ですが、通常は主要なボーア準位の間隔よりずっと小さな効果です。 主量子数は小数やゼロにはならないため、整数の準位を入力してください。準位を逆にしても光子エネルギー、周波数、波長は変わりませんが、放出と吸収が入れ替わります。同じ準位は遷移を表さず、光子は生じません。この計算機は物理の学習、分光の概算、エネルギー単位換算の確認に役立ちます。電子間相互作用で大きく異なる準位構造を持つ多電子原子に、そのまま適用しないでください。