※ ChatGPTを利用し、要約された質問です(原文:光(特に赤外線)が発生する原因)
光の発生原因についての質問
このQ&Aのポイント
光の発生は分子・原子中の電子のエネルギーポテンシャルの変化によって起こります。化学結合の変化や電子の強制的な動きによっても光が放出される場合があります。
固体の場合、自由電子の存在によって電子のポテンシャルエネルギーが変化し、光が放出されます。一方、電流の流れない絶縁体では光の放出は起こりません。
気体からは基本的には赤外線は放出されませんが、気体放電という現象によって光が放出されることがあります。気体分子の運動や衝突によって電子のエネルギーポテンシャルが変化し、光が放出される可能性があります。
光と言うと幅が広すぎるので、特に赤外線に絞って質問します。
1.基本的に分子・原子中の電子のエネルギーポテンシャルの変化を伴う現象に伴ってのみ放出されると考えて良いのでしょうか?
固体・液体・気体からどのようにして赤外線が出るのか(それを通して最終的にはどういった場合に出るのか、出ないのか)を知りたいです。
まず、固体・液体・気体問わず、燃焼すれば化学結合が変化する際に原子の周回軌道を回る電子のエネルギーポテンシャルが変化するので光子(つまり光)が放出される。これは広帯域のスペクトルであれば赤外線も含まれる、と言いうのはわかります。
あるいは化学結合状態が変化しなくても蛍光灯のように電圧をかけて電子を強制的に送ってやれば、電子のエネルギーポテンシャルが変化が起こるので、光が出そうな気がします。
2.固体の輻射ってどういう原理で赤外線が出るのでしょうか?
電流が流れる金属のように自由電子があれば、物体中を泳ぎ回る際に電子のポテンシャルエネルギーがいろんなレベルに移るので、その際に光が出るのもわかります。そういう原理であれば、電流の流れない絶縁体ではそういう事は起こらない(つまり赤外線は出ない)事になってしまいます。
3.気体からは基本的に赤外線は出ないという事のようですが、検索していて気体放電と言う現象があることを知りました。つまり積乱雲で雷が発生するような事だと思いますが、あれは積乱雲中の乱気流で氷の粒が衝突する事で静電気が発生するものと理解しています。電気が流れれば光が出るのはわかります。
それはそうと分子の衝突で電子のエネルギーポテンシャルの変化が起こるのなら、気体の状態であってもそれは起こり得るものと思います。すなわちブラウン運動によって気体分子は常に運動し、衝突を繰り返しているはずです。なぜ「気体からは基本的に赤外線は出ない」のでしょうか?
以上、素人目線からの質問で恐縮ですが、よろしくお願いします。
お礼
ご回答ありがとうございます。 こうして見ると、一般的な光や特に赤外線の放射も電子軌道変化(エネルギー準位遷移)に伴うものと考えて良いのかもしれませんね。 (核分裂や核融合しても当然出ますが、さすがにそれは考えてません。生活環境や一般的な産業の現場で目にする現象の範囲だけで十分です)