Emisja spontaniczna – Wikipedia, wolna encyklopedia

Emisja spontaniczna – emisja fotonów przez atom, cząsteczkę, ciecz, ciało stałe, plazmę, znajdujące się w indywidualnym stanie wzbudzonym lub kolektywnym stanie wzbudzonym (np. kondensat Bosego-Einsteina), zachodząca w sposób samorzutny, której towarzyszy przejście atomu / cząsteczki / cieczy / ciała stałego do niższego poziomu energetycznego; wiąże się z przejściami elektronów do niższych stanów orbitalnych w atomach / cząsteczkach, zmianą stanów spinowych elektronów w atomach / cząsteczkach / ciałach stałych czy też dotyczy przejść cząsteczek do niższych stanów rotacyjnych lub oscylacyjnych.

Zjawisko to odpowiada np. za świecenie rozgrzanych gazów, cieczy i ciał stałych, plazmy (gwiazdy, zorza polarna), świecenie urządzeń technicznych (żarówki, świetlówki, diody LED, itd).

Liczba przejść spontanicznych ${\displaystyle dN_{e}}$ ze stanu wzbudzonego do niższego stanu energetycznego w krótkim przedziale czasu ${\displaystyle dt}$ zależy proporcjonalnie od aktualnej liczby ${\displaystyle N(t)}$ cząstek w stanie wzbudzonym, tj.

${\displaystyle dN_{e}\propto Ndt,}$

przy czym współczynnik proporcjonalności jest stałą liczbą, specyficzną dla danego przejścia w atomie / cząsteczce i nosi nazwę współczynnika emisji (stała wprowadzona przez Einsteina). Różnica ${\displaystyle dN=N(t+dt)-N(t)}$ między liczbą liczba atomów / cząsteczek na końcu czasu ${\displaystyle dt}$ i na jego początku jest liczbą ujemną (${\displaystyle dN=-dN_{e}}$), stąd prawo emisji spontanicznej ma postać:

${\displaystyle dN=-A_{2\to 1}Ndt,}$

gdzie:

${\displaystyle A_{2\to 1}}$ - współczynniki emisji przy przejściu z poziomu wzbudzonego 2 do poziomu 1.

Jeśli w układzie wielu atomów / cząsteczek w stanie wzbudzonym nie następują nowe wzbudzenia, to liczba atomów / cząsteczek pozostających w stanie wzbudzenia maleje z czasem wg wzoru:

${\displaystyle N(t)=N_{0}e^{-A_{2\to 1}t},}$

gdzie:

${\displaystyle N_{0}}$ - początkowa liczba wzbudzonych atomów, w chwili ${\displaystyle t=0.}$

Współczynniki emisji jest związany z średnim czasem życia ${\displaystyle \tau }$ poziomu wzbudzonego i czasem połowicznego rozpadu ${\displaystyle T_{1/2}}$ poziomu wzbudzonego związkami:

${\displaystyle A_{2\to 1}={\frac {1}{\tau }}={\frac {\ln 2}{T_{1/2}}}.}$

przy czym przez czas połowicznego rozpadu rozumie się tu czas, po którym zostanie połowa atomów / cząsteczek w stanie wzbudzonym z początkowej liczby ${\displaystyle N_{0}.}$

Zjawisko zaniku stanów wzbudzonych opisane jest równaniem takim samym np. jak zjawisko rozpadu promieniotwórczego jąder atomowych, przy czym pojęcia czasu życia jąder atomowych i czasu połowicznego rozpadu jader ściśle odpowiadają pojęciom czasu życia poziomów wzbudzonych i czasu połowicznego zaniku stanów wzbudzonych.

• emisja wymuszona
• promieniowanie elektromagnetyczne cząstek obdarzonych ładunkiem podczas hamowania, przyspieszania, zmiany kierunku ruchu np. promieniowanie cyklotronowe, promieniowanie synchrotronowe, promieniowanie Czerenkowa.

• laser
• widmo promieniowania

• David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker Podstawy fizyki, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013.

• Claude Cohen-Tannoudji, Bernard Diu, Frank Laloe, Quantum Mechanics 1, Wiley J., 2006, ISBN 978-0471569527.

• Claude Cohen-Tannoudji, Bernard Diu, Frank Laloe, Quantum Mechanics 2, Wiley J., 2006, ISBN 978-0471569527.