• ベストアンサー
※ ChatGPTを利用し、要約された質問です(原文:放電管が放電し、発光する原理)

放電管が放電し、発光する原理

このQ&Aのポイント
  • 放電管の発光原理とは何か?
  • 電圧を加えた際、電子はどのように光を出すのか?
  • 光電効果と放電管の関係はあるのか?

質問者が選んだベストアンサー

  • ベストアンサー
回答No.3

フランクヘルツの実験 http://www.shiga-ec.ed.jp/kagaku/05shisets/bake/kiki_phys_12.pdf#search='%E3%83%95%E3%83%A9%E3%83%B3%E3%82%AF%E3%83%98%E3%83%AB%E3%83%84%E3%81%AE%E5%AE%9F%E9%A8%93' これを一通り読んで理解できなければ、基礎知識不足です。 (実験結果の図1枚を理解できれば解決します)

kasasa99
質問者

お礼

疑問が解決できました。どうも有難うございました。

kasasa99
質問者

補足

大変分かり易いページを紹介して下さって有難うございました。概ね理解できました。ただ、1点ずっと勘違いしている事があります。 URLのページにおける図5の図題は「水銀原子のエネルギー準位」とありますが、「水銀電子のエネルギー準位」とは書かないのでしょうか?私は今まで図1のように「電子」のエネルギー準位が各定常状態間を遷移していると思っていました。この実験でいうと熱電子が水銀原子核に衝突して、その衝突によってエネルギーを得た水銀原子が励起され、そして光を出して元の状態へ戻るとありますが、光を出すのは原子ではなく電子だと思います。原子は原子核と電子から成るので、ただまとめて原子と言ってるいるだけですか?もし原子のエネルギーとは即ち電子のエネルギーを指すのなら、原子の格子振動によるエネルギーも入ってくるので、不正確な気がします。それとも格子振動など原子がもつ諸々のエネルギーが電子のエネルギーという事でしょうか。

全文を見る
すると、全ての回答が全文表示されます。

その他の回答 (4)

回答No.5

No.4ですが、私も暗黙の了解的な書き方していましたね。 原子が励起→内殻の電子が励起しようとするが、電子はフェルミ粒子であるであるために一つ外殻が電子で占められていると励起できない→最外殻の電子がさらに外殻へ励起する ということです。まあ、エネルギーが大きくなってくると最外殻だけではなくなりますが。。。

全文を見る
すると、全ての回答が全文表示されます。
回答No.4

鋭いところを聞いてきますね。 URLの中では、電子を原子に当てて、原子内に存在していた電子を励起させて発光というプロセスになるかと思います。 単に電子のエネルギー準位と書かれてもどの電子か特定に困ります。 原子のエネルギー準位と書いておけば、原子内に存在するすべての電子を対象としていることが読み手に伝わります。 単に言い方の問題です。 ※格子振動は固体特有の束縛振動です。今回は関係ありません。

全文を見る
すると、全ての回答が全文表示されます。
  • Tann3
  • ベストアンサー率51% (708/1381)
回答No.2

 「電圧を加える」だけでは光りません。加えた電圧が絶縁破壊して放電する、つまり電流が流れることで光ります。  簡単に言えば、特定の気体(ネオン、キセノンなど)を封入したほとんど真空に近い放電管に電流を流す(つまり電子が流れる)と、この電子が気体原子の軌道電子のエネルギー準位を励起させ、この軌道電子が低いエネルギー準位に落ち着くために、余分なエネルギーを「光」(電磁波)として放出する、ということです。電流が流れている間、これが繰り返し行われるので、発光し続けます。  どの程度の物理のバックグラウンドのある方か存じませんが、とりあえずこんなサイトをご覧になってはいかがでしょうか。 http://www8.ocn.ne.jp/~yohsuke/aurora_4.htm  より詳しくは、一定の波長の光(決まった色の光)が出る理由として、「軌道電子のエネルギー準位はとびとびの値をとる」(任意のエネルギー値ではなく、一定の決まった値しかとらない)ということも理解しないといけないのですが、そこまで知らなくとも、何となく理解はできると思います。  電子を照射すると光るのは、放電管のように特定の気体だけで、金属から光電効果で飛び出す電子では光は発しません。(仮に光を出しても、金属の内部では、気体のように外からは見えません)

全文を見る
すると、全ての回答が全文表示されます。
回答No.1

>電灯の事を調べてもガラス管内のガスをどうのという原理はよく理解できず、 ここに書いてあったこととそうは変わらないと思いますが, 1. フィラメントから熱電子が放出される。 2.熱電子がガラスのなかに封入されたキセノンなどの気体に衝突。 3.熱電子のエネルギーで気体の原子中の電子を励起。 4.励起された原子中の電子が元に戻るときに発光。 水銀燈やナトリウムランプなども同じです。 ハロゲンランプ,蛍光燈は違いますが。

全文を見る
すると、全ての回答が全文表示されます。

関連するQ&A

  • 発光した光のスペクトルの本数と色

    分光器などで分光して観測できる光のスペクトル線の本数とその色は何によって決まるのですか? 例えば水素放電管からの光を分光すると、はっきり見えるスペクトル線が3本のようです。赤色から紫色のスペクトルから3色のスペクトル線が見えるはずですが、何故水素の場合は3本なんですか?またナトリウムランプからの光だと見えるスペクトルが1本しかないのですが、この違いは原子の何によって生まれてくるのですか? 赤系の色より青系の色の光の方が振動数が大きいのでエネルギーも大きくなります。よって青系色のスペクトルはそれだけ高いエネルギー準位から落っこちてきた電子が出した光だという事になると思います。すると電子が出す光は励起されてエネルギー準位が上へ行き、何らかでそのエネルギー準位が落ちたその落差によって発光した光のスペクトルが決まるのではないかと思います。つまり小さいエネルギーを与えて励起させた電子は、昇ったエネルギー準位も低いので落差も小さくなるので赤や橙の色を出す。一方、大きなエネルギーを与えて励起させた電子は昇ったエネルギー準位も高いので落差が大きく、それだけ大きなエネルギーの光(紫や藍)を出すのではと思いました。しかし、実際は与えたエネルギーではなく、その原子の種類によって決まるそうなのですが何が間違っているのでしょうか。 発光した光のスペクトルの本数とその色はその物質(原子)の何によって決定されるのですか?出来れば併せて、種類によってスペクトルが連続と不連続になる理由も教えてもらえると有り難いです。

  • 白熱電球の発光の原理は?

     蛍光灯の光は励起によるものですが、白熱電球で 光が生まれる仕組みはどうなっているのでしょうか?  また、火の光もどうなっているのでしょうか?  やはり熱によって電子が様々に速度を変え(加速度) ることにより減速分のエネルギーが光子として出現す るのでしょうか?  よろしくご教授ください。

  • 発光ダイオードについて教えてください

    1.低エネルギーでは、状態密度項に比例して、高エネルギーではボルツマン項に比例する式、図の載っている資料を教えて下さい。 2.レーザの場合、該当する式は、どうなるのでしょうか? 3.発光ダイオードを考えるとき、伝導帯Ec,価電子帯Ecの差である禁制帯幅Egと、光のエネルギーhωは、当然必要です。 擬フェルミ準位EFn,EFpの値は、何か使うことがあるのでしょうか? 擬フェルミ準位であるそれぞれのEFn,EFpの値が、伝導帯Ec,価電子帯Ecに近い程、電子やホールが多いので、多分、再結合割合は、増えそうですが、それを使って、光の放出割合等を計算するのでしょうか? ちなみに、擬フェルミ準位であるそれぞれのEFn,EFpの値が、伝導帯Ec,価電子帯Ecを、超えると、反転分布となって、レーザになるのですね。 光の放出割合は、np積に比例する。 np積を計算するには、擬フェルミ準位EFn,EFpの値が必要のはず。 電圧を上げたら、EFn,EFpの値が、伝導帯Ec,価電子帯Ecに近づくので、沢山、光子を放出する感じはする。 しかし、今見ている教科書には、詳しくは書かれてない。

  • アルカリ金属元素の発光について

    アルカリ金属元素の最低励起状態から発せられる原子発光の特徴について考察せよ という問題が出たのですが、なにを言わせたいのかよく分かりません。その前の問題で、アルカリ金属元素の最低励起状態のスペクトル項を求めさせる問題があったので、それは一応求めたのですが(二通り)、そこから分かることは自発放射によるエネルギー準位の下げ方が一通りしかないので、単色光が出る(?)ということしか思いつかなかったのですが・・・もっとまともな答えがありそうだったら教えてください。お願いします。

  • EEFLの発光原理について

    雑誌やwikipediaなどには発光原理についてEEFL(外部電極蛍光管)とCCFLは大差ないというような説明がされていますが。この意味がよくわかりません。 蛍光管というのは電極から電子を飛ばして水銀原子と衝突させそのエネルギーで紫外線を発生し、蛍光体にあてて可視光となるようですが、 電子を飛ばす電極が管の外にあるのにどうやって管の中にある水銀原子と衝突させることができるのでしょうか?蛍光灯の発光原理については理解できますがEEFLについてはよく理解できておりません。ご存知の方がおられたら教えてください。

  • 光電効果についての疑問

    ある振動数以下の光ではまったく光電子が発生しないことは、光が波で あるとすると説明できず、光があるまとまったエネルギーをもつ光子で あるとして考えないと説明できないとよく書いてありますが、別に波でも じわじわ待てばいい気がします。この考え方はどうして却下なのでしょう? (よく、星がすぐに見えることで説明されますが、光電効果の実験のみで 説明することはできるのでしょうか?) また、光子で考えても、弱い振動数の光子を複数もらえば、電子は十分 飛び出せる気がします。このあたりの説明はどうなっているんでしょうか? さらに、光電効果が起きない場合、金属に向かって行った光子はどうなるのですか? 全部反射するのでしょうか? また、光電効果が起きる場合、残ったエネルギーは どこへいくのでしょうか? まさか、波長が長くなって反射して戻ってくるのですか?

  • 光電管を使ったプラン定数を測定する実験について

    高校を卒業して13年目になるものです。 未だに高校物理で納得いかない理論があるので質問させてください。 光電効果ではじき出した電子の運動エネルギーを電圧をかけて調べ、入力した光の振動数と阻止電圧をプロットしたときの傾きからプランク定数を求めるという実験ですが、この関係について以下の式が成り立つとしています。    eVo=hν-W ここで分からないのが、W(仕事関数)です。これは真空準位に対するフェルミ準位で、電子の存在確率が0.5になるところの準位です。つまりフェルミ準位よりも高い準位にも電子があるわけで、これらの電子が陽極に到達するかしない時が阻止電圧となるのではないかと思うのです。よって、Wは真空準位に対するフェルミ準位よりももっと小さく電子親和力なんかに近い値なのではないかと思うのですが違いますでしょうか?わかる方いましたらよろしくお願いします。

  • 光の散乱

    光の散乱についてですが、 原理といして、1つのフォトンを吸収し、仮の電子状態に励起した後、元の準位に遷移する際、光が発生すると理解しているのですが、 そもそも、吸収するフォトンのエネルギーは準位間のエネルギーと等しいので、なぜ仮の電子状態に励起されるのかがわかりません。

  • ネオン管などの原理について

    ネオン管やアルゴン管など、低圧ガスに電圧をかけて光らせるものについて、疑問があります。 1.電子が衝突することによって励起状態になった原子が、基底状態に戻るときに発光するということでよろしいのでしょうか?   それとも、励起状態というよりも、イオン化していますか? 2.なぜ希ガスを使っているのでしょう?   閉殻であることと可視光が出ることに関係はありますか? 3.アルカリ金属などの炎色反応のように、炎で励起することは出来ないのでしょうか?   何かの燃焼ガスとネオンを混合して燃やすとネオンサインみたいな色が出るとかいうことは出来ませんか? 参考 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AC%E3%82%A4%E3%82%B9%E3%83%A9%E3%83%BC%E7%AE%A1

  • 励起発光の仕組みは?

    原子が励起光によって発光する場合、 具体的にはその原子のもつ電子が励起光を吸収して励起し、 高軌道に登り、すぐ元の軌道に落ちる時にその落差分の エネルギーを蛍光として放出する。  では、原子でなく蛍光色素という物質の場合は、励起光 を吸収するのは、どの電子なのか?それとも分子全体? そしてその後、どうやって蛍光を出すのか?  ご存じの方、よろしくお願い致します。

このQ&Aのポイント
  • Wristable SF-120の充電器を探しています。使えれば中古でも構いません。
  • EPSON社製品のGPSラン時計、Wristable SF-120の充電器を探しています。
  • 中古でも構いません。GPSラン時計、Wristable SF-120の充電器を探しています。
回答を見る