发光微观机制?

本质是电子从高能级向低能级跃迁,放出光子.
郭成大 山东省寿光市第一职业中专(262700)
我们到处都能看到光,那么光源是如何发光的呢?现从量子力学的观点浅谈一下.
一般物质原子的能态是不连续的,正常情况下都处于基态,当原子吸收了足够能量,原子的核外电子运动到能量比较高的轨道,原子处于激发态,但不稳定,会向能级较低的激发态或基态跃迁,释放能量,发出不同频率的光.原子获得能量有两种方式：第一种方式是原子与其它的粒子,如原子、电子等,碰撞获得能量；第二种方式就是直接吸收一个光子的能量.原子激发后会跃迁到另一定态或电离,处于激发态.下面谈几种常见的光源.
1 日光灯、白炽灯
电源开关刚闭合时,日光灯管内的水银经灯管两端灯丝加热蒸发,形成稀薄的水银蒸汽,镇流器产生的高压加在灯管两端,使汞原子电离出电子,电子加速后与汞原子碰撞,使气体迅速击穿,产生弧光放电,激发紫外线.紫外线再激发涂在管壁上的荧光粉,发出柔和的光.因此,日光灯荧光粉是通过第二种方式激发而发光的.而白炽灯灯丝中的钨原子一个紧挨一个,在电场作用下电子加速,经很短自由程后就会与原子碰撞,不能使原子激发发光,只能使原子热运动加剧,钨丝温度升高,少量获得较大动能的电子与钨原子碰撞激发发光.因此,白炽灯发光是通过第一种方式激发的,消耗的电能大多转化为热能,发光效率很低,日常生活中提倡使用日光灯、节能灯.
2 太阳
太阳每秒辐射出大约3.8×1026J的能量,地球只接受到其中的二十亿分之一.这么巨大的太阳能是怎么转化来的?原来,在太阳内部,氢的两种同位素氘和氚的原子核在高温下聚变成氦核,发生质量亏损,能量增加,使氦核处于激发态辐射出红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.可见在地球的外层空间有很强的电磁辐射.因此,在太空运行的航天器、空间站,要防止电磁辐射对宇航员的伤害和对通讯的干扰.
3 彩色显像管
彩色显像管内电子枪发出的电子,经2～3万伏高压加速获得较大动能后轰击荧光屏上的荧光粉,红、绿、蓝三基色荧光粉受激发而发光；另一方面,高速电子轰击荧光屏后,使原子能级差较大的内层电子激发,将发出光子能量大、对人体有害的X射线.因此我们看电视时应该与电视机保持3m以上的距离.
4 炼钢炉中的铁水
炼钢炉中的铁原子是通过相邻原子间的碰撞被激发的.当处于激发态的铁原子在能级差较大的定态间发生跃迁时将发出可见光,放置一段时间后不再发光,但人靠近时仍可感到热气逼人,主要是因为还有能级差较小的跃迁发出红外线的缘故.这就是宏观上的热传递现象.