原子の励起

質問

励起が起こるのと、発光に時間差があるということはありますか？

回答No.4

Mr_Holland · ベストアンサー

＞つまり、第一励起状態から第二励起状態に励起したということですか？

　逆です。
　電磁波を出すのは低いエネルギ準位へ遷移するときで、高い準位へ励起するときは、逆に電磁波か何らかのエネルギを吸収します。
　つまり、「オレンジ色」の発光が見られたときは、Ｅ３（第2励起状態)→Ｅ２(第1励起状態)への遷移が起こったと考えられるのではないでしょうか。

　整理の為に、実験で起こるＮｅ原子の代表的な励起の過程を記しておきますと次のようになります。
　ちなみに、ここでは加速電圧が約１９eV程度までとしましたが、加速電圧を大きくすれば、遷移できる励起状態が増えますので、それらを考慮する必要があります。また、他の原子が放出した電磁波を受け取って励起する過程は省いてありますので、注意してください。（これらのケースをすべて書くと大変ですので。）

E1→E2→E1：　　　　　　　(基底状態)＋16.7eV　→　(第1励起状態)　→　(基底状態)＋紫外線(74nm)

E1→E3→E1：　　　　　　　(基底状態)＋約19eV　→　(第2励起状態)　→　(基底状態)＋紫外線(約65nm)
E1→E3→E2→E1：　　　　(基底状態)＋約19eV　→　(第2励起状態)　→　(第1励起状態)＋赤色(約620nm)　→　(基底状態)＋紫外線(74nm)
E1→E2→E1：　　　　　　　(基底状態)＋約19eV　→　(第1励起状態)＋約2eV　→ (基底状態)＋紫外線(74nm)＋約2eV
E1→E2→E3→E1：　　　　(基底状態)＋約19eV　→　(第1励起状態)＋約2eV　→　(第2励起状態)　→　(基底状態)＋紫外線(約65nm)
E1→E2→E3→E2→E1：　(基底状態)＋約19eV　→　(第1励起状態)＋約2eV　→　(第2励起状態)　→　(第1励起状態)＋赤色(約620nm)　→　(基底状態)＋紫外線(約65nm)

http://www.ecosci.jp/i/vis00.html

　ようやく全体像が見えてきました。

回答No.3

eatern27

>電子を加速してNe原子に当てて励起させるということを考えています。フランク・ヘルツの実験です。
あぁ、ちょっと前に「フランク・ヘルツの実験」という質問がありましたが、この質問をしたのも貴方だったんですね。

フランク・ヘルツの実験はやった事がないので、ネットで調べられる程度の事しか分かりませんが、「フランク・ヘルツの実験」の質問とあわせてだいたい状況はわかりました。

>極大値を観測したときには発光はなく、加速電圧を少し大きくしたところでオレンジ色の発光がありました。
「少し」ってのは、2Vくらいですかね？
もし、そうなら、下記をヒントに考えてみてください。(分からなければ補足して下さい)
全然違ったら、下に書いた事は無視してくださいm(_ _)m

>励起エネルギーが16.7eVのときに発光が起こるのはおかしいですよね？？
脱励起はしているはずですから、発光はしているでしょう。ただ、16.7eVというと紫外線ですから、目には見えません。ちゃんとした機械を用意すれば、発光していることが確認できると思います。けど、いずれにしても、貴方が見たというオレンジの光はこの光ではない事は分かりますね。

ところで、貴方が質問した「フランク・ヘルツの実験」の#1さんのリンク先(参考URL)によれば、
Neの第１励起状態と第２励起状態のエネルギーの差は2eV程度のようですね。このエネルギーを持つ光(光子)の波長はどれくらいでしょう？この光は可視光でしょうか？可視光であれば、何色でしょう？

この事をふまえて、
>そこで僕は極大値より大きいところで発光が出ているのだから、そのずれた分の加速電圧でなんとかオレンジ色の発光がでるようにならないかと思ったわけです…
の方向で考えるのがよいでしょう。

参考URL：

http://www.shiga-ec.ed.jp/kagaku/05shisets/katsuyo/kiki_phys_12.pdf

補足

まさにオレンジの波長域ですね…

つまり、第一励起状態から第二励起状態に励起したということですか？

回答No.2

eatern27

>電圧で加速させた電子を当てて励起させているとすれば、励起が起こったときの電圧ではなく、発光が起こったときの電圧をエネルギーに変えたと考えていいのですか？

えぇっと、「電子を電場で加速して、原子を(?)励起した」という状況を考えているのだろう、というは分かるのですが、それ以外の部分は全く分かりません。

「励起が起こった時の電圧」「発光が起こった時の電圧」とは？
「電圧をエネルギーに変える」とは？(電圧にはならないと思いますが)

補足

すみません！！補足が中途半端すぎでした…

電子を加速してNe原子に当てて励起させるということを考えています。フランク・ヘルツの実験です。

励起しているとこをみるにはプレート電流を見て調べたのですが、電流が極大値のところで励起が起こっているはずなのですが、極大値を観測したときには発光はなく、加速電圧を少し大きくしたところでオレンジ色の発光がありました。

解析結果、電流が極大値をとるときの加速電圧では励起し、基底状態におちるときにはオレンジ色に発光するエネルギーに達してないことがわかりました。

そこで僕は極大値より大きいところで発光が出ているのだから、そのずれた分の加速電圧でなんとかオレンジ色の発光がでるようにならないかと思ったわけです…

書いているうちに自分でも分からなくなってしまいました。すみません。

励起エネルギーが16.7eVのときに発光が起こるのはおかしいですよね？？

回答No.1

eatern27

もちろん。
場合によっては1桁くらい違いがあるかもしれませんが、オーダーとしては、10^(-8)secくらいのようです。

補足

電圧で加速させた電子を当てて励起させているとすれば、励起が起こったときの電圧ではなく、発光が起こったときの電圧をエネルギーに変えたと考えていいのですか？