Серия Бальмера – спектральная серия атома водорода, линии которой расположены в видимой и близкой к ультрафиолетовой областях спектра. Эта серия образуется при переходах между состояниями, одно из которых имеет главное квантовое число, равное двум.

Волновые числа n серии Бальмера определяются формулой Бальмера: 

 

 

где n = 3, 4, 5, ..., R – постоянная Ридберга. Линии серии Бальмера, получающиеся при n = 3, 4, 5, ..., обозначаются соответственно

Оптический спектр свободного атома водорода получается при испускании или поглощении электромагнитных волн, что в свою очередь являются следствием переходов между уровнями энергии внешних электронов атома. Состояние атома с минимальной энергией Е₁ называется основным. Если атом получит извне некоторое количество энергии, то, в зависимости от ее величины, он может перейти в одно из возбужденных состояний. При этом электрон оказывается на одном из уровней с номерами n = 2, 3, 4,… Такое состояние системы является неустойчивым. Через некоторое время электрон из возбужденного состояния переходит на уровень с меньшим значением энергии. Избыток энергии будет испущен в виде светового кванта. В конечном счете, атом возвращается в основное состояние.

Рис. 1 иллюстрирует образование спектральных серий атома водорода при переходе электрона с высоких стационарных орбит на более низкие.

На рис. 2 изображена диаграмма энергетических уровней атома водорода и указаны переходы, соответствующие различным спектральным сериям. Для первых пяти линий серии Бальмера в видимой части спектра указаны длины волн.

 

Благодаря распространенности водорода во Вселенной серия Бальмера наблюдается в спектрах большинства космических объектов.

Анализ интенсивностей линий серии Бальмера позволяет судить о температурах звезд, так как для получения интенсивных линий необходимо, чтобы в их образовании участвовало достаточное количество неионизованных возбужденных атомов водорода. Такие условия выполняются в атмосферах звезд спектрального класса А с температурой T~10⁴ К (в более холодных звездах мало возбужденных атомов водорода, а в горячих звездах почти все атомы водорода ионизованы). Сравнивая контуры линий серии Бальмера, получают информацию о плотностях звездных атмосфер.

Бальмер (Balmer) Иоганн Якоб (1825–1898), швейцарский физик и математик, эмпирически установил (1885), что длины волн видимой части спектра атома водорода связаны между собой простой зависимостью (1), позволяющей определить длины волн всех линий спектральной серии водорода. Серия Бальмера была впервые обнаружена в спектре Солнца.

Бальмеровские линии излучения водорода используются в различных приложениях и получаются в газоразрядных источниках света – приборах, в которых электрическая энергия преобразуется в оптическое излучение при прохождении электрического тока через газы (в данном случае в качестве газа выступает водород). 

Газоразрядный источник света представляет собой стеклянную, керамическую или металлическую (с прозрачным выходным окном) оболочку цилиндрической, сферической или иной формы, содержащую газ. В оболочку герметично вмонтированы (например, впаяны) электроды, между которыми происходит разряд. В результате атомы газа возбуждаются и испускают электромагнитное излучение, часть спектра которого является спектральной серией Бальмера, лежащей в ультрафиолетовом диапазоне.

Применение излучения ультрафиолетовой части спектра разнообразно. На фотоэффекте, вызываемом ультрафиолетовым излучением, основана фотоэлектронная спектроскопия, также излучение может нарушать химические связи в молекулах, в результате чего могут происходить различные химические реакции (окисление, восстановление, разложение, полимеризация и т.д.). Люминесценция под действием ультрафиолетового излучения используется при создании люминесцентных ламп, светящихся красок, в люминесцентном анализе и люминесцентной дефектоскопии, также это излучение применяется в криминалистике для установления идентичности красителей, подлинности документов, в искусствоведении оно позволяет обнаружить на картинах не видимые глазом следы реставраций. Способность многих веществ к избирательному поглощению ультрафиолетового излучения используется для обнаружения в атмосфере вредных примесей, а также в ультрафиолетовой микроскопии.

Бальмеровские линии излучения водорода получаются в газоразрядных источниках света – приборах, в которых электрическая энергия преобразуется в оптическое излучение при прохождении электрического тока через газы (в данном случае в качестве газа выступает водород). Газоразрядный источник света представляет собой стеклянную, керамическую или металлическую (с прозрачным выходным окном) оболочку цилиндрической, сферической или иной формы, содержащую газ с достаточно высокой упругостью пара. В оболочку герметично вмонтированы (например, впаяны) электроды, между которыми происходит разряд.