Co je vzrušený stát?

Ve fyzice se říká, že systém je ve vzrušeném stavu, pokud je na vyšší energetické úrovni, než je jeho základní energetická hladina nebo základní stav. „Systém“ může být atom, molekula, iont nebo jiná částice. Když systém absorbuje energii, přechází do vzrušeného stavu a když vydává energii, vrátí se do základního stavu. Například elektrony v atomu existují ve svém základním stavu, dokud absorbují energii, která způsobí, že skočí na orbitál s vyšší energií. Když k tomu dojde, bude se o elektronu říkat, že je ve vzrušeném stavu.

Elektrony, jako záporně nabité částice, jsou prostřednictvím elektromagnetické síly drženy k pozitivně nabitým protonům v jádru atomu. Obklopují jádro množstvím atomových orbitálů, z nichž každý odpovídá diskrétní energetické úrovni. Každá oběžná dráha kolem atomového jádra, pojatá jako obal elektronů, může pojmout pouze určitý počet elektronů. Nejnižší hladiny energie bývají vyplněny jako první. Když je daná skořápka naplněna, začne se naplňovat stav vyšší energie.

Je možné, že elektron skočí na vyšší úroveň energie, než je tato úroveň naplněna, ale to vyžaduje energii z vnějšku systému. Tato energie může přijít ve formě fotonu, základní jednotky světla a jiného elektromagnetického záření. Když foton udeří atom, energie pohání elektron do vyšší energetické úrovně.

Elektron potřebuje více energie, aby skočil z první energetické úrovně na druhou než z druhé na třetí. Je to proto, že přitažlivá síla elektrického pole jádra je nejsilnější blízko jádra a klesá se vzdáleností. Elektrony na samém okraji elektrického pole, daleko od jádra, mohou být vzrušeny až do okamžiku úplného uvolnění atomu. Když k tomu dojde, atom ztratí tuto jednotku negativního náboje a stane se ionizovanou - jinými slovy již není neutrálně nabitý, ale místo toho se stává pozitivně nabitým iontem.

Vzrušený stav je často krátký. Po skoku na vyšší energetickou úroveň elektron obvykle emituje foton nebo fonon - jednotku světla nebo tepla - a vrátí se do svého základního stavu. K tomu může dojít přirozeně prostřednictvím spontánní emise nebo uměle, prostřednictvím stimulované emise. Ve vzácných případech je vzrušený stav zachován déle v atomu, což mění jeho chemické vlastnosti.

Mnoho zařízení produkujících světlo je navrženo tak, aby excitovalo elektrony k vytváření fotonů prostřednictvím spontánní nebo stimulované emise. Například lasery fungují prostřednictvím stimulované emise. Zářivky a katodové trubice využívají spontánní emise k produkci světla.