発光のしくみ
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2011.10.27


  私たちは電磁波のおかげで暮らしています。 私たちは時に失敗しながら、 電磁波の上手な利用法を学習し続けています。 電磁波はその振動数によって、 性質が異なります。 私たちに明るい世界を映し出してくれるもの。 私たちを暖めてくれるもの。 私たちが作った情報を乗せて世界中に届けてくれるもの。 私たちを害する悪い細胞をやっつけてくれるもの。 さまざまな電磁波があります。 自然界の物質はすべて極微量な電磁波を放出しています。 それは、 物質を構成する原子の中の電子が絶えず運動していて、 外から入ってくるエネルギーによって原子核を回る軌道のエネルギー準位が上方遷移してそれが再び元の準位へと下方遷移するときに、 そのエネルギーの差をプランク定数で割った値の振動数をもつ電磁波を発生させているからです。 また中には、 花崗岩や放射性同位元素など、 ごく緩やかな核分裂を起こして放射線を出している物質もあります。 その中で他の物質に影響を与えるような多量の電磁波を出している物には、次のようなものがあります。

    太陽   マグマ   ウラン235   ホタル   ( 磁石は違います )


  さて、 今日は、 発光の原理を分類してみましょう。 光( 可視光線 )は電磁波の一種ですから、 電磁波が発生する所に光ありです。 ただし、 ブラウン管に用いられているような、 紫外線や電子を当てると光を放つ蛍光物質は、 電磁波や物質波を変換したものとみなして、 発光から外します。 参考までに、 原子力発電に用いられるウラン235 は、 核分裂にて放射線を放出しますが、 残念ながら可視光線は放出しません。

 バイオ ルミネッセンス
 発光生物は、 化学反応で発光します。

 エレクトロ ルミネッセンス
  発光ダイオードの原理です。 自由電子が原子の共有結合に再び参加して不自由になるときに、 発光します。

 燃焼による発光
  炎色反応。 熱エネルギーによって励起された電子が基底状態に戻ろうとしてエネルギー準位を下方遷移したときに発光します。

 電気抵抗加熱による発光
  白熱灯のフィラメントに電流を流して加熱するなど。 熱エネルギーによって励起された電子が基底状態に戻ろうとしてエネルギー準位を下方遷移したときに発光します。

 ガス放電よる発光
  ネオン や 稲妻 がこれです。 気体中で放電することにより、 気体が局所的に陽イオンと電子に分離します。 これはプラズマといわれます。 分離しかけたけど途中で原子核に引き戻される電子も多く、 それらが発光します。
  オーロラもこの仲間です。「 太陽風 」と呼ばれるプラズマ粒子の流れが地球磁場の作用によって、 地球大気の電離層に向かって高速で降下し、 大気中の粒子と衝突すると、 大気粒子中の電子が励起され、 それが基底状態に戻ろうとしてエネルギー準位を下方遷移したときに発光します。
  蛍光灯もこの仲間です。 放電によって、 まず紫外線が気体中で発生し( 発不可視光 )、 それがガラスに塗られた蛍光物質によって可視光線に変換されます。( 間接的ガス放電発光 )

 電子の加速度運動
  レントゲン発生装置は、 電子を高速で金属の原子にぶつけて急ブレーキをかけて、 放射線を発生させます。 しかし、 残念ながらレントゲン発生装置は、 可視光線を放出しません。
  また、 日露戦争に用いられた放電電極を持つ三六式無線電信機や、 アンテナ線( 空中線 )に高周波電圧をかけて自由電子を振動させ電磁波を作る放送電波送信機などの送信装置や、 電子レンジのマイクロ波発生装置であるマグネトロン( 電子の変速円運動によりマイクロ波を発生させます。)なども電磁波発生装置です。
  理論的には、 これらの電子の加速度を利用する電磁波発生装置を用いて、 発生させたい電磁波の振動数を可視光線に設定することができれば、光を作ることができます。

 核分裂反応 ・ 核融合反応
  原子爆弾の閃光は核分裂反応によるもので、 太陽光は核融合反応によるものです。