Hva er en begeistret stat?

I fysikk sies et system å være i en spent tilstand hvis det er på et høyere energinivå enn dets energienivå i grunnlinjen, eller bakken tilstand. "Systemet" kan være et atom, molekyl, ion eller annen partikkel. Når systemet tar opp energi, går det over i en spent tilstand, og når det avgir energi, går det tilbake til en grunntilstand. Elektroner i et atom, for eksempel, eksisterer i deres grunntilstand til de absorberer energi som får dem til å hoppe til et orbital med høyere energi. Når dette skjer, kan elektronet sies å være i en spent tilstand.

Elektroner, som negativt ladede partikler, holdes til de positivt ladede protonene i kjernen til et atom gjennom elektromagnetisk kraft. De omgir kjernen i et antall atomorbitaler, som hver tilsvarer et diskret energinivå. Hver bane rundt atomkjernen, konseptualisert som et elektronskall, kan bare inneholde et visst antall elektroner. De laveste energinivåene har en tendens til å bli fylt først. Når et gitt skall er fylt, vil en tilstand med høyere energi begynne å bli befolket.

Det er mulig for et elektron å hoppe til et høyere energinivå før dette nivået blir befolket, men dette krever energi utenfor systemet. Denne energien kan komme i form av et foton, den grunnleggende lysenheten og annen elektromagnetisk stråling. Når et foton slår på atomet, fremfører energien elektronet til et høyere energinivå.

Et elektron krever mer energi for å hoppe fra det første energinivået til det andre enn fra det andre til det tredje. Dette fordi den attraktive kraften i kjernens elektriske felt er sterkest nær kjernen, og avtar med avstand. Elektroner helt til fronten av det elektriske feltet, langt fra kjernen, kan bli begeistret til poenget med å bryte fritt fra atomet helt. Når dette skjer mister atomet den enheten med negativ ladning og blir ionisert - med andre ord, det er ikke lenger nøytralt ladet, men blir i stedet et positivt ladet ion.

Den begeistrede tilstanden er ofte kort. Etter å ha hoppet til et høyere energinivå vil et elektron vanligvis sende ut et foton eller fonon - en enhet av lys eller varme - for å gå tilbake til grunntilstanden. Dette kan skje naturlig, gjennom spontan utslipp, eller kunstig, gjennom stimulert utslipp. I sjeldne tilfeller blir den opphissede tilstanden bevart lenger i et atom, og endrer dets kjemiske egenskaper.

Mange lysproduserende enheter er designet for å begeistre elektroner for å generere fotoner gjennom spontan eller stimulert utslipp. Lasere fungerer for eksempel gjennom det stimulerte utslippet. Fluorescerende rør og katodestrålerør bruker spontan utslipp for å produsere lys.