原子如何辐射出光子?光子竟然能在原子勾引出

上海睿兆资讯网社区2019-09-06 15:5246

大家好,本期我们来介绍原子的两种辐射-----自发辐射 、受激辐射


原子


在介绍这两种辐射之前我们先来了解一个概念----能级


按经典电磁理论可以知道,电子绕核转动要向周围空间辐射电磁波,电磁波频率等于电子绕核旋转的频率,随着不断地向外辐射能量,原子系统的能量逐渐减少,电子运动的轨道半径也越来越小,电子辐射的电磁波频率也在连续地变化,因而所呈现的光谱应为连续光谱。由于电子绕核运动时不断向外辐射电磁波,电子能量不断减少,电子将沿螺旋形轨迹逐渐接近原子核,最后落于核上,这样,原子应是一个不稳定系统。


但是在实际实验里原子的表现却并不是这样的,在实验中原子表现出具有高度的稳定性,即使受到外界干扰,不易改变原子的属性;且氢原子所发出的光谱为线状光谱,与经典电磁理论得出的结论完全不同。


既然经典电磁理论并不能解释原子系统,那么原子中的电子究竟是怎样运动的呢?


在1913年丹麦物理学家玻尔提出的原子结构假说解决了这个问题!原子结构假说,认为围绕原子核运动的电子轨道半径只能取某些分立的数值,这种现象叫轨道的量子化,不同的轨道对应着不同的状态,在这些状态中,尽管电子在做高速运动,但不向外辐射能量,因而这些状态是稳定的。原子在不同的状态下有着不同的能量,所以原子的能量也是量子化的,这些能量值就是能级。


所以最后的出的结论是:各个能级是分立的,是不连续的!这就是“能级”的概念了。


自发辐射 、受激辐射发生的本质是电子可以在不同的轨道间发生跃迁,电子吸收能量可以从低能级跃迁到高能级或者从高能级跃迁到低能级从而辐射出光子。


电子在变动轨道是可以分为两给状态:基态与激发态


基态:


在正常状态下,原子处于最低能级,电子在离核最近的轨道上运动的定态称为基态.


激发态:


原子吸收能量后从基态跃迁到较高能级,电子在较远的轨道上运动的定态称为激发态.


有了上面的认识,我们可以来介绍一下自发辐射了。


原子自发地从高能级返回到低能级并放出光子的过程,称为自发辐射。而这个过程所释放出的能量是固定的,光子的能量为:


hn =E2-E1(也就是两能级的能量差)


受激吸收:这个过程就是将上面的过程反过来,电子吸收光子后往高能级跃迁。


接下来我们来介绍的是:受激辐射


原子因受外来光子的刺激而从高能级状态向低能级状态跃迁并辐射光子的过程,称为受激辐射。这就相当于用一个特定能量的光子可以重原子里面“勾引”出一个能量相同的光子出来。


而且这两个光子的运动方向也是相同的。


其实激光的原理也是应用了受激辐射,下一期我们来详细了解一下激光的原理!


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