Atomenerginivåer

Atomer är byggblocken för allt material som finns. I dessa atomer finns det en central del kallad kärna (N i figur 1) som består av protoner och neutroner, runt vilken partiklar kallade elektroner cirkulerar. Det bör noteras att inte alla elektroner som utgör det betraktade materialet cirkulerar längs samma bana. Men detta betyder inte heller att deras banor kan vara slumpmässiga. Det vill säga, varje elektron i en viss atom har sin egen dedikerade bana, kallad orbit, längs vilken den cirkulerar runt den centrala kärnan. Det är dessa banor som kallas energinivåer för en atom.

Detta beror på att var och en av dem har en dedikerad mängd energi som uttrycks i termer av ett heltalsmultiplum av ekvationen
Där h är Plancks konstant och υ är frekvensen.

Figur 2 visar den ändliga energi som olika energitillstånd (och därmed alla elektroner som finns i dem) har i elektronvolt (eV). Från figuren kan man se att energin hos elektronerna ökar när man flyttar sig bort från centrum av atomen. Till exempel, en elektron i det första energitillståndet (E1) har en energi på -13.6 eV, den i det andra (E2) har en energi på -3.4 eV och så vidare. Fortsätter man så, kan man nå en nivå där energin blir 0 eV dvs. energinivån E∞.

Antag nu att vi tillför extern energi (som kan vara på något sätt inklusive ljus) till materialet. Denna tillförd energi kommer att absorberas av elektronerna som finns i atomerna som utgör materialet. Men elektronerna får inte absorbera valfri mängd energi som de önskar. Detta beror på att om en elektron absorberar någon energi, då ändras dess totala energi. Detta innebär att elektronen inte längre kan stanna i sin ursprungliga energinivå. Till exempel, en elektron i energitillståndet E1 absorberar 4 eV energi. Genom att göra detta, skulle den totala energin hos elektronen öka till
vilket gör att den inte längre kan stanna i energinivån E1 som har sin energi som -13.6 eV. Dessutom kan den inte hitta någon annan nivå som har en energi motsvarande vad den har. Detta gör att den förlorar sin bana!

Å andra sidan, om denna elektron absorberar 10.2 eV energi, då skulle dess ökade energi vara

Detta är inget annat än den energi som besitter nivån E2, vilket betyder att elektronen som tidigare var i E1 nu är i energinivån E2. Med andra ord, vi säger att denna elektron har gjort en övergång från nivån E1 till nivån E2 vilket leder till en upphetsad atom. Men elektronen kan inte stanna i detta instabila tillstånd länge. Den kommer snart att återgå till sitt ursprungliga tillstånd genom att göra en övergång från nivån E2 till nivån E1. Men en viktig punkt att notera här är faktumet att under tiden den gör detta, emitterar elektronen en energi på 10.2 eV (vilket är samma som den absorberade) i form av elektromagnetiska vågor.

Från diskussionen framgår det att elektronerna endast tillåts absorbera (eller motsvarande emitt