Espectro atómico
Una lámpara de neón no emite un arcoíris continuo de colores. En su lugar, sus átomos emiten luz en longitudes de onda específicas cuando los electrones realizan transiciones cuantizadas entre niveles de energía permitidos. Un espectrómetro USB separa la luz de la lámpara según su longitud de onda, haciendo directamente visibles estas líneas de emisión discretas y permitiendo compararlas con el espectro atómico conocido del neón.
Qué estás viendo
Las cuatro visualizaciones alineadas abarcan el mismo intervalo de longitudes de onda de 450–700 nm. En la parte superior se muestra el espectro visible completo. Debajo, la imagen en directo del espectrómetro muestra que la lámpara de neón emite solo determinadas longitudes de onda. La siguiente visualización extrae esas longitudes de onda detectadas como líneas individuales, y la última muestra, para una comparación directa, las líneas de emisión fuertes conocidas del neón según NIST.
Las líneas de referencia NIST brillantes fueron observadas por el espectrómetro durante la validación. Las líneas tenues son líneas NIST adicionales que no fueron observadas. Esto se debe a que no todas las líneas de referencia son detectables: las condiciones de la lámpara y la sensibilidad y resolución (2–3 nm) del espectrómetro limitan qué líneas pueden detectarse.
Puede ver que algunas líneas aparecen o desaparecen, especialmente con una sensibilidad de detección más alta. Esto se debe a que los datos sin procesar del detector contienen ruido que puede hacer que la señal medida de una línea quede por encima o por debajo del umbral de detección.
Espectro visible
Imagen en directo del espectrómetro
Características espectrales detectadas
Líneas de referencia intensas de Ne I del NIST
¿Qué hay de cuántico aquí?
El neón es un gas noble con número atómico 10: un átomo neutro de neón tiene 10 protones en su núcleo y 10 electrones a su alrededor. Dentro de la lámpara, una descarga eléctrica acelera electrones libres, que chocan con los átomos de neón y pueden transferir suficiente energía para llevar uno de sus electrones a un nivel de energía más alto y excitado. Estos estados excitados son temporales. La mecánica cuántica permite que el electrón regrese a un nivel de energía inferior y, cuando esto ocurre, el átomo emite un fotón cuya energía corresponde exactamente a la diferencia entre ambos niveles.
Como la energía de un fotón determina su longitud de onda, cada transición produce luz con una longitud de onda determinada. El neón tiene muchas transiciones posibles, por lo que su luz contiene muchas líneas espectrales distintas en lugar de una distribución continua de colores.
El espectrómetro separa esta luz según su longitud de onda y la proyecta sobre un sensor de cámara, donde las distintas longitudes de onda aparecen en posiciones diferentes. A partir de esta imagen en directo del detector, el experimento identifica las líneas espectrales producidas por la lámpara de neón. Su patrón característico es una consecuencia directamente observable de la estructura energética cuantizada de los átomos de neón.
Acerca del montaje
- Ubicación
- Bladel, Países Bajos
- Estado
- Conectado
- Espectrómetro
- Thunder Optics Mini USB Spectrometer
- Fuente de luz
- Schiefer T14×30 lámpara de descarga de neón
- Rango de longitudes de onda utilizado
- 450–700 nm
- Resolución espectral aproximada
- 2–3 nm