原子如何輻射出光子?光子竟然能在原子勾引出另一個光子

2020-12-03 帶你了解這世界

大家好,本期我們來介紹原子的兩種輻射-----自發輻射 、受激輻射

原子

在介紹這兩種輻射之前我們先來了解一個概念----能級

按經典電磁理論可以知道,電子繞核轉動要向周圍空間輻射電磁波,電磁波頻率等於電子繞核旋轉的頻率,隨著不斷地向外輻射能量,原子系統的能量逐漸減少,電子運動的軌道半徑也越來越小,電子輻射的電磁波頻率也在連續地變化,因而所呈現的光譜應為連續光譜。由於電子繞核運動時不斷向外輻射電磁波,電子能量不斷減少,電子將沿螺旋形軌跡逐漸接近原子核,最後落於核上,這樣,原子應是一個不穩定系統。

但是在實際實驗裡原子的表現卻並不是這樣的,在實驗中原子表現出具有高度的穩定性,即使受到外界幹擾,不易改變原子的屬性;且氫原子所發出的光譜為線狀光譜,與經典電磁理論得出的結論完全不同。

既然經典電磁理論並不能解釋原子系統,那麼原子中的電子究竟是怎樣運動的呢?

在1913年丹麥物理學家玻爾提出的原子結構假說解決了這個問題!原子結構假說,認為圍繞原子核運動的電子軌道半徑只能取某些分立的數值,這種現象叫軌道的量子化,不同的軌道對應著不同的狀態,在這些狀態中,儘管電子在做高速運動,但不向外輻射能量,因而這些狀態是穩定的。原子在不同的狀態下有著不同的能量,所以原子的能量也是量子化的,這些能量值就是能級。

所以最後得出的結論是:各個能級是分立的,是不連續的!這就是「能級」的概念了。

自發輻射 、受激輻射發生的本質是電子可以在不同的軌道間發生躍遷,電子吸收能量可以從低能級躍遷到高能級或者從高能級躍遷到低能級從而輻射出光子。

電子在變動軌道是可以分為兩給狀態:基態與激發態

基態:

在正常狀態下,原子處於最低能級,電子在離核最近的軌道上運動的定態稱為基態.

激發態:

原子吸收能量後從基態躍遷到較高能級,電子在較遠的軌道上運動的定態稱為激發態.

有了上面的認識,我們可以來介紹一下自發輻射了。

原子自發地從高能級返回到低能級並放出光子的過程,稱為自發輻射。而這個過程所釋放出的能量是固定的,光子的能量為:

hn =E2-E1(也就是兩能級的能量差)

受激吸收:這個過程就是將上面的過程反過來,電子吸收光子後往高能級躍遷。

接下來我們來介紹的是:受激輻射

原子因受外來光子的刺激而從高能級狀態向低能級狀態躍遷並輻射光子的過程,稱為受激輻射。這就相當於用一個特定能量的光子可以重原子裡面「勾引」出一個能量相同的光子出來。

而且這兩個光子的運動方向也是相同的。

其實雷射的原理也是應用了受激輻射,下一期我們來詳細了解一下雷射的原理!

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