線スペクトルについて教えてください。

質問

現在線スペクトルについて勉強しています。スペクトルにはパッシェン系列、バルマー系列、ライマン系列などがあるようですが、これらの波長領域のスペクトルは同時に出てくるのかどうかが分りません。
ある大きさの電圧をかけて放電させたとき、すべての系列の電磁波が出てくるのでしょうか。それとも、各系列によって印加する電圧の値が違ったりするのでしょうか。
教えていただけたら幸いです。

回答No.1

lupinletrois · ベストアンサー

「パッシェン系列、バルマー系列、ライマン系列など」ということから、
水素原子ということでいいですね。
水素原子の電子軌道をエネルギーで最も低いものから順に
E1, E2, E3, ・・・ とします。光（紫外線・赤外線を含めて）を出すのは
エネルギー準位の高い軌道から低い軌道に移る時で、そのエネルギー
の差に相当する波長（振動数の方がわかりやすい）の光になります。
・ライマン系列　 　E2-E1, E3-E1, E4-E1, ・・・
・バルマー系列 　 E3-E2, E4-E2, E5-E2, ・・・
・パッシェン系列　E4-E3, E5-E3, E6-E3, ・・・
隣り合ったエネルギー準位の差は E1-E2 が最も大きく ライマン系列は
紫外線になります。バルマー系列は主に可視光線、パッシェン系列以降
は赤外線になります。
通常何もしない状態では、エネルギーの最も低い状態になりますから、
水素原子では、E1 で光を出すためには、E2 以上になるエネルギーを
与える必要があります。放電では 通常 特定のエネルギーだけを与える
わけではないですから、E1→E2 だけでなく よりエネルギー差の少ない
E2→E3 や E2→E4 も起こります。大きなエネルギーの放電では 一気に
E1→E9 なども起こります。E4 以上の状態なら、3つ（以上）の系列の
光を出す可能性があります。
水素原子1個では、同時に1つの光しか出せませんが、通常の観測では
たくさんあっていろいろな状態のものあるわけで、同時に多くのスペクトルが
観測されます。

http://www.arios.co.jp/h_spectra.htm

お礼

大変詳しく解説していただきありがとうございます。
水素原子1個の時を除いて、一定以上のエネルギーを与えたとき
それぞれの水素原子がランダムにエネルギーが下がるため
同時にスペクトルが観測されるという解釈でよろしいでしょうか。

スペクトルは奥が深いようなのでこれからも勉強していきたいと思います。
また質問するかもしれませんがよろしくお願いします。