سلسلة بيكرينغ

📅 آخر تحديث: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٥ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 18 صور
الموسوعة الحرة

تتألف سلسلة بيكرينغ ( المعروفة أيضًا باسم سلسلة بيكرينغ-فاولر ) من ثلاثة خطوط طيفية للهيليوم أحادي التأين ، توجد عادةً في صورة امتصاص، ضمن أطياف النجوم الساخنة مثل نجوم وولف-رايت . وقد سُميت بهذا الاسم نسبةً إلى إدوارد تشارلز بيكرينغ [ 1 ] وألفريد فاولر [ 2 ] . وتنتج هذه الخطوط عن انتقالات من مستوى طاقة أعلى للإلكترون إلى مستوى ذي عدد كم رئيسي n = 4. وتتميز هذه الخطوط بأطوال موجية:

  • 10124 Å ( ن = 5 إلى ن = 4) (الأشعة تحت الحمراء)
  • 6560 أنغستروم ( من n = 6 إلى n = 4)
  • 5412 أنغستروم ( من n = 7 إلى n = 4)
  • 4859 أنغستروم ( من n = 8 إلى n = 4)
  • 4541 أنغستروم ( من n = 9 إلى n = 4)
  • 4339 أنغستروم ( من n = 10 إلى n = 4)
  • 3645.56 أنغستروم (من n = ∞ إلى n = 4، الحد النظري، الأشعة فوق البنفسجية)

تتداخل الانتقالات من حالات n الزوجية مع خطوط الهيدروجين ، ولذلك تُحجب في أطياف الامتصاص النجمية النموذجية. مع ذلك، تُرى هذه الانتقالات في انبعاثات أطياف نجوم وولف-رايت، لأن هذه النجوم تحتوي على كمية قليلة من الهيدروجين أو لا تحتوي عليه إطلاقًا.

في عام 1896، نشر بيكرينغ ملاحظاتٍ حول خطوطٍ طيفيةٍ غير معروفةٍ سابقًا في طيف النجم زيتا بابيس . [ 3 ] عزا بيكرينغ هذه الملاحظة إلى شكلٍ جديدٍ من الهيدروجين ذي مستويات انتقالٍ نصف صحيحة . [ 4 ] [ 5 ] تمكن فاولر من إنتاج خطوطٍ مماثلةٍ من خليطٍ من الهيدروجين والهيليوم في عام 1912، ودعم استنتاج بيكرينغ بشأن أصلها. [ 6 ] مع ذلك، أدرج نيلز بور تحليلًا لهذه السلسلة في "ثلاثيته" [ 7 ] [ 8 ] حول التركيب الذري [ 9 ]، وخلص إلى أن بيكرينغ وفاولر كانا مخطئين، وأن الخطوط الطيفية تنشأ بدلًا من ذلك من الهيليوم المتأين أحاديًا ، He + . [ 10 ] كان فاولر متشككًا في البداية [ 11 ] لكنه اقتنع في النهاية [ 12 ] بصحة نظرية بور، [ 7 ] وبحلول عام 1915 "نقل علماء التحليل الطيفي [سلسلة بيكرينغ] بشكل نهائي [من الهيدروجين] إلى الهيليوم." [ 1 ] [ 13 ] أظهر عمل بور النظري على سلسلة بيكرينغ الحاجة إلى "إعادة فحص المشكلات التي بدت وكأنها قد حُلت بالفعل ضمن النظريات الكلاسيكية" وقدم تأكيدًا مهمًا لنظريته الذرية. [ 1 ]

صيغة الطول الموجي

يتم تحديد فروق الطاقة بين المستويات في نموذج بور، وبالتالي أطوال موجات الفوتونات المنبعثة أو الممتصة، بواسطة صيغة ريدبيرج: [ 14 ]1λ=Z2Rم(1ن12-1ن22){\displaystyle {\frac {1}{\lambda }}=Z^{2}R_{M}\left({\frac {1}{{n_{1}}^{2}}}-{\frac {1}{{n_{2}}^{2}}}\right)} أين

  • Z{\displaystyle Z}هو العدد الذري ،
  • ن1{\displaystyle n_{1}}يمثل العدد الكمي الرئيسي لمستوى الطاقة الأدنى،
  • ن2{\displaystyle n_{2}}يمثل العدد الكمي الرئيسي لمستوى الطاقة العلوي، و
  • Rم{\displaystyle R_{M}}هو ثابت ريدبيرج لنواة كتلتهام{\displaystyle M}ويتبع ذلكRم=μمهـR∞{\displaystyle R_{M}={\frac {\mu }{m_{e}}}R_{\infty }}معμ{\displaystyle \mu }الكتلة المختزلة للنواة وR∞=مهـqهـ464π3ε02ℏ3ج{\displaystyle R_{\infty}={\frac {m_{e}{q_{e}}^{4}}{64\pi ^{3}{\varepsilon _{0}}^{2}\hbar ^{3}c}}}ثابت ريدبيرج .

بالنسبة للهيليوم،Z=2{\displaystyle Z=2}سلسلة بيكرينغ-فاولر مخصصة لـن1=4{\displaystyle n_{1}=4}والكتلة المخفضة لـ24هو+{\displaystyle {}_{2}^{4}{\text{He}}^{+}}يكونμ=11مهـ+12مص+2من{\displaystyle \mu ={\frac {1}{{\frac {1}{m_{e}}}+{\frac {1}{2m_{p}+2m_{n}}}}}}هكذاμمهـ=11+مهـ2مص+2من≈0.99986396{\displaystyle {\frac {\mu }{m_{e}}}={\frac {1}{1+{\frac {m_{e}}{2m_{p}+2m_{n}}}}}\approx 0.99986396}والتي يتم تقريبها عادةً على النحو التالي1{\displaystyle 1}(في الواقع، على الرغم من أن هذا الرقم يتغير لكل نظير من نظائر الهيليوم ، إلا أنه ثابت تقريبًا). يمكن استخدام وصف أكثر دقة مع نموذج بور-سومرفيلد للذرة.

الحد النظري للطول الموجي في نموذج بيكرينغ-فاولر يُعطى بالمعادلة التالية: λ∞PF=4R∞{\displaystyle \lambda _{\infty }^{\text{PF}}={\frac {4}{R_{\infty }}}}، وهو ما يقارب 364.556 نانومتر، وهو نفس الحد الموجود في سلسلة بالمر ( سلسلة الطيف الهيدروجيني لـن2=2{\displaystyle n_{2}=2}لاحظ كيف أن الانتقالات في سلسلة بيكرينغ-فاولر لـ n=6، 8، 10 (6560 أنغستروم، 4859 أنغستروم، و4339 أنغستروم على التوالي) تكاد تكون متطابقة مع الانتقالات في سلسلة بالمر لـ n=3، 4، 5 (6563 أنغستروم، 4861 أنغستروم، و4340 أنغستروم على التوالي). وجود قيم بين هاتين القيمتين في سلسلة بيكرينغ-فاولر دفع العلماء للاعتقاد بأنها ناتجة عن الهيدروجين ذي الانتقالات النصفية ("نصف الهيدروجين"). إلا أن نيلز بور أثبت، باستخدام نموذجه، أنها ناتجة عن الهيليوم أحادي التأين.2هو+{\displaystyle {}_{2}{\text{He}}^{+}}، وهي ذرة شبيهة بالهيدروجين . وهذا يدل أيضاً على إمكانية التنبؤ بنموذج بور.

مراجع

  1. 1 2 3 روبوتي، نادية (1983). “طيف ζ  Puppis والتطور التاريخي للبيانات التجريبية”. دراسات تاريخية في العلوم الفيزيائية . 14 (1): 123-145 . دوى : 10.2307 / 27757527 . جستور 27757527 . 
  2. ↑ لاكاتوس، إيمري (1980). "بور: برنامج بحثي يتقدم على أسس غير متسقة" . في: وورال، جون؛ كوري، غريغوري (محرران). منهجية برامج البحث العلمي . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 55-68 . ISBN  9780521280310.
  3. ↑ بيكرينغ، إي سي (1896). "نجوم ذات أطياف مميزة. نجوم متغيرة جديدة في كوكبتي الصليب الجنوبي والدجاجة". نشرة مرصد كلية هارفارد . 12 : 1-2 . رمز Bibcode : 1896HarCi..12....1P . نُشر أيضًا تحت عنوان: بيكرينغ، إي سي ؛ فليمنغ، دبليو بي (1896). "نجوم ذات أطياف مميزة. نجوم متغيرة جديدة في كوكبتي الصليب الجنوبي والدجاجة" . المجلة الفيزيائية الفلكية . 4 : 369-370 . رمز Bibcode : 1896ApJ.....4..369P . doi : 10.1086/140291 .
  4. ↑ بيكرينغ، إي سي (1897). "نجوم ذات أطياف مميزة. نجوم متغيرة جديدة في كوكبتي الصليب الجنوبي والدجاجة" . أخبار فلكية . 142 (6): 87-90 . رمز Bibcode : 1896AN....142...87P . doi : 10.1002/asna.18971420605 .
  5. ↑ بيكرينغ، إي سي (1897). "طيف زيتا بابيس" . المجلة الفيزيائية الفلكية . 5 : 92-94 . Bibcode : 1897ApJ.....5...92P . doi : 10.1086/140312 .
  6. ↑ فاولر، أ. (1912). "ملاحظات على الخطوط الرئيسية وسلاسل أخرى من الخطوط في طيف الهيدروجين" . الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية . 73 (2): 62-63 . Bibcode : 1912MNRAS..73...62F . doi : 10.1093/mnras/73.2.62 .
  7. 1 2 هوير، أولريش (1981). "بنية الذرات والجزيئات" . في هوير، أولريش (محرر). نيلز بور - الأعمال الكاملة: المجلد 2 - أعمال في الفيزياء الذرية (1912-1917) . أمستردام: شركة نورث هولاند للنشر. الصفحات 103-316 (خاصة الصفحات 116-122). ISBN  978-0720418002.
  8. ↑ كينيدي، بي جيه (1985). "سيرة ذاتية مختصرة" . باللغة الفرنسية، إيه بي؛ كينيدي، بي جيه (محرران). نيلز بور: مجلد الذكرى المئوية . مطبعة جامعة هارفارد. الصفحات 3-15 . ISBN  978-0-674-62415-3.
  9. ↑ بور، ن. (1913). "حول تركيب الذرات والجزيئات، الجزء الأول" (ملف PDF) . المجلة الفلسفية . 26 (151): 1-25 . Bibcode : 1913PMag...26....1B . doi : 10.1080/14786441308634955 .بور، ن. (1913). "حول تركيب الذرات والجزيئات، الجزء الثاني: الأنظمة التي تحتوي على نواة واحدة فقط" (ملف PDF) . المجلة الفلسفية . 26 (153): 476-502 . Bibcode : 1913PMag...26..476B . doi : 10.1080/14786441308634993 .بور، ن. (1913). "حول تركيب الذرات والجزيئات، الجزء الثالث: الأنظمة التي تحتوي على عدة نوى" . المجلة الفلسفية . 26 (155): 857-875 . Bibcode : 1913PMag...26..857B . doi : 10.1080/14786441308635031 .
  10. ↑ بور، ن. (1913). "أطياف الهيليوم والهيدروجين" . مجلة نيتشر . 92 (2295): 231-232 . Bibcode : 1913Natur..92..231B . doi : 10.1038/092231d0 . S2CID 11988018 . 
  11. ↑ فاولر، أ. (1913). "أطياف الهيليوم والهيدروجين" . مجلة نيتشر . 92 (2291): 95-96 . Bibcode : 1913Natur..92...95F . doi : 10.1038/092095b0 . S2CID 3972599 . 
  12. ↑ فاولر، أ. (1913). "رد على: أطياف الهيليوم والهيدروجين" . مجلة نيتشر . 92 (2295): 232-233 . Bibcode : 1913Natur..92..232F . doi : 10.1038/092232a0 . S2CID 3981817 . 
  13. ↑ بور، ن. (1915). "أطياف الهيدروجين والهيليوم" . مجلة نيتشر . 95 ( 6-7 ): 6-7 . Bibcode : 1915Natur..95....6B . doi : 10.1038/095006a0 . S2CID 3947572 . 
  14. ↑ بور، نيلز (1985)، "اكتشاف ريدبيرغ للقوانين الطيفية"، في كالكر، ج. (محرر)، ن . بور: الأعمال الكاملة ، المجلد 10، أمستردام: دار نشر نورث هولاند، الصفحات 373-379