Atomarer Energieaustausch

Joachim Herz Stiftung

Zunächst entwirft man mit Hilfe einer Glühlampe und eines Prismas ein kontinuierliches Spektrum. Bringt man in den Strahlengang zwischen Prisma und Schirm erhitzten Natriumdampf, so fehlt im kontinuierlichen Spektrum diejenige (gelbe) Linie, welche zum Emissionsspektrum des Natriums gehört. Die Na-Atome werden durch die dem gelben Licht im kontinuierlichen Spektrum zuzuordnenden Photonen angeregt – absorbieren also diese Photonen. Beim Übergang in den Grundzustand emittieren die Na-Atome zwar wieder gelbes Licht, welches aber nicht nur in Richtung des Schirms, sondern in alle Richtungen abgestrahlt wird. Daher erscheint im Spektrum am Schirm eine nahezu schwarze Linie.

Die Wellenlänge ist ungefähr \({\lambda _{\rm{B}}} \approx 690{\rm{nm}}\). Die entsprechende Lichtfarbe liegt im roten Bereich.

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Licht der Wellenlänge \(\lambda _{\rm{B}}\) wird offensichtlich nicht in der Sonnenatmosphäre, sondern in der Erdatmosphäre absorbiert. Diese Absorptionslinie ist dem molekularen Sauerstoff zuzuordnen.

Die Wellenlängen des energieärmsten Lichts der Balmerserie erhält man, wenn man in die Serienformel \(n = 3\) bzw. \(n = 4\) einsetzt:\[\frac{1}{{{\lambda _n}}} = {R_\infty } \cdot \left( {\frac{1}{{{2^2}}} - \frac{1}{{{n^2}}}} \right)\]\[n = 3:\;\;\;{\kern 1pt} \frac{1}{{{\lambda _3}}} = 1,10 \cdot {10^7}\frac{{\rm{1}}}{{\rm{m}}} \cdot \left( {\frac{1}{{{2^2}}} - \frac{1}{{{3^2}}}} \right) \Rightarrow {\lambda _3} \approx 656{\kern 1pt} {\rm{nm}} \Rightarrow {\rm{C - Linie}}\]\[n = 4:\;\;\;{\kern 1pt} \frac{1}{{{\lambda _4}}} = 1,10 \cdot {10^7}\frac{{\rm{1}}}{{\rm{m}}} \cdot \left( {\frac{1}{{{2^2}}} - \frac{1}{{{4^2}}}} \right) \Rightarrow {\lambda _4} \approx 486{\kern 1pt} {\rm{nm}} \Rightarrow {\rm{F - Linie}}\]

Auf der Sonnenoberfläche gibt es viel atomaren Wasserstoff im ersten angeregten Zustand. Nur auf diese Weise werden die Balmer-Absorptionslinien im Sonnenspektrum sichtbar.