Калькулятор уровней энергии водорода

Водород состоит из одного протона и одного электрона, поэтому это простейший атом и базовая модель квантовой физики. В модели Бора электрон может занимать только дискретные стационарные уровни энергии, обозначенные положительным главным квантовым числом n. Энергия уровня равна минус 13.6 электронвольта, деленным на квадрат n. Отрицательная энергия означает, что электрон связан с ядром; ноль соответствует свободному электрону на бесконечном удалении. С ростом n энергия приближается к нулю, а уровни сгущаются у границы ионизации. При переходе между двумя разрешенными уровнями электрон должен обменяться фотоном, энергия которого равна модулю разности энергий уровней. Переход от большего главного квантового числа к меньшему сопровождается излучением фотона, а обратный — поглощением. Длина волны определяется по энергии из соотношения Планка, а частота равна энергии, деленной на постоянную Планка. Калькулятор использует удобную константу связи энергии и длины волны 1239.841984 электронвольт-нанометра и постоянную Планка в электронвольт-секундах. Спектральные линии водорода образуют именованные серии по конечному уровню. Переходы, заканчивающиеся при n, равном единице, относятся к серии Лаймана и лежат преимущественно в ультрафиолете. Переходы на n, равное двум, образуют серию Бальмера, первые линии которой включают видимый красный, сине-зеленый и фиолетовый свет. Переходы на n, равное трем, образуют инфракрасную серию Пашена. Известная линия Бальмер-альфа возникает при переходе с n, равного трем, на n, равное двум, и имеет длину волны около 656.4 нанометра. Лайман-альфа соответствует переходу с двух на один около 121.6 нанометра. Расчет описывает идеальный изолированный водород без тонкой структуры. Реальные наблюдаемые линии могут расщепляться или смещаться из-за спина электрона, релятивистских поправок, движения ядра, электрических и магнитных полей, столкновений, уширения давлением и доплеровского движения. Приведенная масса системы электрон–протон также немного меняет точное значение Ридберга относительно простой модели бесконечной массы ядра. Эти эффекты важны в прецизионной спектроскопии, но обычно намного меньше основных интервалов между уровнями Бора. Вводите целочисленные уровни: главные квантовые числа не могут быть дробными или нулевыми. Перестановка уровней сохраняет энергию, частоту и длину волны фотона, но меняет излучение на поглощение. Одинаковые уровни не соответствуют переходу и не дают фотона. Калькулятор полезен для учебных задач по физике, спектроскопических оценок и проверки перевода единиц энергии. Его нельзя напрямую применять к многоэлектронным атомам, где взаимодействия электронов создают существенно иную структуру уровней.