原子发光机制及能级能量频率决定

2023-12-04 百科知识版权反馈

【摘要】：（三）原子的发光机制处于基态的原子，当受到外界的激发，而获得足够的能量时，它就会从基态跃迁到能量高的激发态。若以E2和E1分别代表原子高、低能级的能量，则辐射光子前能量ε和频率v21分别由下式决定。

（一）光的本性

光是一种重要的自然现象。在研究激光对生物组织的作用规律前首先要弄清光的本质。近代科学实践证明，光是一个十分复杂的客体，对于它的本性问题，只能用它所表现的性质和规律来回答。从光的传播、反射、折射、衍射、干涉、偏振等现象来看，光具有电磁波的特性；然而光在发射和吸收的过程中却有类似经典粒子的特性，即光本身只能一份一份地发射、一份一份地接收，也就是说发射和吸收的能量都是光的某一最小能量的整倍数，这一最小的一份能量为光量子，简称光子。

ε＝hv　　（公式1－1）

式中的h为普朗克常数，v为该光波的频率。光又是由光子组成的。可见，光的某些方面的行为具有波动性，另一些方面的行为具有粒子性，这就是所谓“光的波粒二象性”，公式1－1也可以说明这一点。

（二）原子的能级

构成物质的最小粒子是原子，它是由带正电的原子核和绕核运动的电子所组成。报据玻尔理论：电子绕核运动的轨道是不连续的，因此，原子的能量也是一系列不连续的值。我们用能级（energy level）来代表原子应具有的大小不同的能量数值（或能量状态）。能级还可形象地用图表示，通常是画出高低不等的一条条水平线来表示它们，这样的图称为能级图（图1－1），其最低能级为E1（这里假定E1的能量为零），表示原子处于最低能量状态（又称为基态，ground state），其余能级E2，E3……等都是高能级，称为激发态（excited state）。

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图1－1　氢原子能级图(www.chuimin.cn)

根据能量最小原理：原子处于基态时，电子离核最近，原子能量最小，故最稳定；而处于激发态时，电子离核较远，原子能量较大，故不稳定。能级越高，能量越大，原子越不稳定。

（三）原子的发光机制

处于基态的原子，当受到外界的激发（如其他原子的碰撞、光照等），而获得足够的能量时，它就会从基态跃迁到能量高的激发态。处在激发态的原子是不稳定的（或者说激发态的寿命很短，约为10－8s），它很快会自发地从高能级向较低能级或基态返回，同时以辐射光子的形式放出能量。若以E2和E1分别代表原子高、低能级的能量，则辐射光子前能量ε和频率v21分别由下式决定。

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式中h为普郎克常数，h＝6．63×10－34焦耳·秒（J·s）。

当然，一个处于激发态的原子，在某一时刻只能发出一个光子，而对于由大量原子组成的物质来说，由于每个原子所处的激发态不尽相同，所以它们在同一时刻发出的光子能量各不相同，因此，光子的频率（或波长）也各不相同，使得我们在同一时刻观测到的原子光谱并非单一谱线，而是许多条谱线，这就是原子发光机制，也就是普通光源的发光机制。

原子发光机制及能级能量频率决定

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