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Aufgabe

Zahlenspielerei von BALMER

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

Johann Jakob Balmer, Public domain, via Wikimedia Commons
Abb. 1 Johann Jakob BALMER (1825 - 1898)

Johann Jakob BALMER (1825 - 1898) war ein Mensch, der stets versuchte für eine Reihe vorliegender Zahlen ein Bildungsgesetz zu finden. Eifere ihm nach!

a)

Ein Atom besitze den Grundzustand \(n = 1\) und

  1. einen
  2. zwei
  3. drei
  4. vier

angeregte Zustände. Zeichne jeweils in das entsprechende Termschema die möglichen Emissionslinien ein und gib jeweils ihre Gesamtzahl Z an.

b)

Ein Atom habe (inklusive des Grundzustands) \(n\) Niveaus.

Gib eine Formel für die Zahl \(Z\) der möglichen Emissionslinien in Abhängigkeit von \(n\) an.

Lösung einblendenLösung verstecken Lösung einblendenLösung verstecken
a)

Die Emissionslinien ergeben sich wie folgt:

  1. ein angeregter Zustand 
    Joachim Herz Stiftung
    Abb. 2 Emissionslinien zu 1.
  2. zwei angeregte Zustände 
    Joachim Herz Stiftung
    Abb. 3 Emissionslinien zu 2.
  3. drei angeregte Zustände 
    Joachim Herz Stiftung
    Abb. 4 Emissionslinien zu 3.
  4. vier angeregte Zustände 
    Joachim Herz Stiftung
    Abb. 5 Emissionslinien zu 4.
b)

Die Formel für die Zahl Z der möglichen Emissionslinien in Abhängigkeit von n ist\[Z(n) = \frac{{n \cdot \left( {n - 1)} \right)}}{2}\]Damit folgt für die verschiedenen Niveaus \[n = 2:\,\,Z(2) = \frac{{2 \cdot \left( {2 - 1)} \right)}}{2} = 1\]\[n = 3:\,\,Z(3) = \frac{{3 \cdot \left( {3 - 1)} \right)}}{2} = 3\]\[n = 4:\,\,Z(4) = \frac{{4 \cdot \left( {4 - 1)} \right)}}{2} = 6\]\[n = 5:\,\,Z(5) = \frac{{5 \cdot \left( {5 - 1)} \right)}}{2} = 10\]

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Atomphysik

Atomarer Energieaustausch