励起された原子とはどういう意味ですか？

はじめに

一般に、物理システムの状態は一連の変数によって記述されます。「システム内部エネルギー」変数について考えてみましょう。

システム状態

システムは「基底状態」にあると言われています可能な限り低いエネルギーレベルにある場合他の状態は「励起状態」であり、基底状態よりも高いエネルギーレベルに対応します（定義上、最小レベルです）

例

物理系として、プロトンと電子によって形成される水素原子を考えてみましょう。

これは束縛された量子力学システムであるため、エネルギーレベルは離散的です。電子が可能な限り低い軌道（s1）にあると仮定しましょう。これは、システムの基底状態です。

システムに当たる光子によって適切な量のエネルギーを提供すると（エネルギースペクトルは離散的であることを忘れないでください）、システムは光子のエネルギーを吸収し、それを「内部エネルギー」として保存します。電子が外側の軌道にジャンプします。そのため、システムは基底状態ではなくなったため、励起状態に移行します（その固有の電子が軌道を変更しました）。

一般に、システムは位置エネルギーを最小化する傾向があるため、「励起状態」は不安定であると考えてください。システムが励起状態にある時間が長いほど、減衰の可能性が高くなります。

この例を締めくくるために、原子がイオンになる場合を考えてみましょう。吸収されるエネルギー量が多すぎて、電子が束縛状態の負のポテンシャル障壁を乗り越えて「自由粒子」（実際には、粒子と波動の二重性について覚えておく必要があります）。

その場合、システムは興奮しているとは言えませんが、完全に変化しています。陽子と電子で構成される結合qmシステムではなくなりました。

コメント

• ニコラの回答に感謝します……明確にするために：つまり、励起された原子とは、エネルギーが増加した原子のことです。その電子の一部がより遠い軌道に移動することとして示されています。原子が初期状態に比べてエネルギーが高いのに、原子を速く動かせば、原子を励起するとは言えませんよね？それは電子だけと関係があります。そうですか？
• 技術的に言えば、それはあなたが使用している基準系に依存します。私は物理システムとして水素原子を選択したので、参照フレームを原子自体の中心に配置し、その内部状態（および自由度）だけに焦点を合わせました。参照フレームを原子の外側に配置する場合は、そのポテンシャル（外部場による）と運動エネルギーも考慮することができますが、システムはガスになります。
• この部分は"ではありませんが、システムはガスになります。"

励起は、任意のベースラインエネルギー状態を超えるエネルギーレベルの上昇です。

「英語でお願いします！」

つまり、これが効果的に言っているのは、原子のエネルギーレベルが他の原子よりも高い場合、その原子は「励起された」と見なされるということです。これは、熱、光などとして現れる可能性があります。たとえば、オーロラ。オーロラは、太陽からの放射が空気中の原子を励起したときです。これらの原子はベースラインに戻らなければならないので、エネルギーを光として放出します。

キッチンストーブは別の例です。ヒーターのすぐ隣の水の分子が速くなったので、それらはそれらの隣の他の分子に激突し始め、それらを興奮させます。したがって、ポットは熱くなります。

基本的に、電子は原子内で最小のエネルギーレベルにとどまるのを好みます。特定の量のエネルギーがそれに与えられると、それはより高いエネルギーレベルにジャンプします。離散的なエネルギーレベルがあるので、e-は特定のエネルギーのみを受け入れて、より高いエネルギーレベルに興奮します。それがより低い状態に戻るとき、それは光子の形でエネルギーを放出します。詳細については、水素スペクトルを検索してください。

次の原子モデルを検討してください。

これは単なるモデルであり、モデルであることに注意してください。素粒子の世界に対する私たちの理解を高める良いモデルですが、それはまだ単なるモデルであり、現実は異なって見えるでしょう。どのくらい正確に？わかりません。ただし、このモデルは、励起された原子が何であるかを理解するのに十分です。

この警告が邪魔にならないので、最初に基底状態を理解することができます。真ん中には陽子と中性子が密集して原子核を形成しています。これは$ Ze $によって正に帯電しています。ここで、$ Z $は陽子の数、$ e $は単位電荷です。同じ数$ Zこの原子を中性にするには、$の電子が原子核を周回する必要があります。$ Z = 1 $と考えると、電子は1つしかないため、他の電子の存在によって電子が正確に許可されるという規則は無視できます（詳細については、 Pauli Principle を参照してください。

原子のエネルギーレベルが量子化されます。つまり、電子が存在する特定のレベルのみが存在します。写真では、それらは灰色の円（「シェル」）で示されています。電子が最も内側のシェル（$ n = 1 $）にある場合、エネルギーは最も低くなります。2番目のシェルにある場合。 （$ n = 2 $）、それはより多くのエネルギーを持っています、等々。通常、原子は基底状態になりたいと考えています。基底状態では、エネルギーが可能な限り低くなります。つまり、電子が最初の殻にある状態になります。電子が最初のシェルとは別のシェルを周回するとき、原子を励起と呼びます。原子の励起が発生する可能性があります。電子が光子（光）からエネルギーを吸収して外殻の1つに到達する照射による。しばらくすると、電子は最も内側の殻に戻ります。つまり、原子は基底状態に戻ります。それはより低いエネルギー状態にあるので、エネルギー保存はそれが残りのエネルギーを放出する必要があることを私たちに告げます。これは、非常に一般的な波長のフォトンを放出することによって行われます（詳細については、スペクトル線を参照してください）。写真では、これは赤い波線で示されています。ここで、$ \ Delta E $は、2番目と3番目のシェル間のエネルギー差であり、光子が運び去るエネルギーでもあります。