기체를 방전관에 넣고 전기를 가하게 되면 기체의 원소에 따라 서로다른 선 스펙트럼이 나오게 됩니다. 왜 선스펙트럼이 나오는 것일까요? 그 이유는 원자의 에너지 준위차이 때문입니다. 원자는 에너지를 받게 되면 들뜬 상태가 됩니다. 이 상태에서 에너지를 방출하게 되어 안정되게 되는데 이를 바닥상태라고 합니다. 이를 통해 나오는 스펙트럼이 이러한 선스펙트럼입니다.
이를 통해 알수 있는 것은 전자가 양자화 되어있다는 것입니다. 즉, 에너지가 불연속적으로 증가한다는 것을 의미합니다.
원자 주위를 돌고 있는 전자가 에너지를 흡수할 경우 연속적으로 증가하는 것이라니라 불연속적으로 증가합니다. 그래서 에너지가 방출되면서 방출된 만큼만 특정파장대의 에너지가 나오기 때문에 불연속적인 스펙트럼을 얻을 수 있는 것입니다.
에너지를 흡수하게 되면 전자를 바깥쪽 궤도로 이동하게 되는데 이를 전이라고 부릅니다. 전이가 일어나면서 불연속적으로 에너지가 증가합니다. 원자는 계속해서 궤도를 이동하며 에너지가 증가합니다. 이때 궤도의 간격이 멀면 멀수록 강한 에너지가 방출되기 때문에 보라색 계열의 선스펙트럼이 나타나게 됩니다. 반대로 궤도의 간격이 가까우면 가까울수록 약한 에너지가 방출되어 빨간색에 가까운 선스펙트럼이 나타나게 됩니다.
우리 눈에 보이는 가시광선 영역대의 수소스펙트럼을 발머계열이라고 합니다. 1885년 스위스 교사였던 요한 발머는 수소스펙트럼을 수학적 식으로 나타내었습니다. 그래서 가시광선 영역대뿐만아니라 적외선과 자외선 영력의 스펙트럼도 예측할 수 가 있었습니다. 자외선영역을 라이먼계열, 자외선 영역을 파센계열이라고 부릅니다.
우리주변에서 볼 수 있는 스펙트럼의 예로는 네온사인 간판이 있습니다. 간판에는 네온이라는 기체가 들어있습니다. 여기에 전기를 가해줘 에너지를 넣어주면 이 에너지를 받은 원자가 들뜬상태가 되었다가 바닥상태가 되면서 에너지를 방출하게 됩니다. 이렇게 해서 진홍색의 네온의 색이 나오게 됩니다.
수소스펙트럼이 천문학에서 중요하게 다뤄지고 있습니다. 우리 우주의 대부분은 성분은 수소로 이루어져 있기 때문입니다. 우리는 수소스펙트럼의 관찰을 통해서 천체의 성분 뿐 만아니라 항성의 경우 표면온도와 표면중력을 연구하는데 이용되고 있습니다.
수소, 헬륨, 질소, 네온과 같은 기체의 빛을 보고 어떤 스펙트럼이 나타나는지 볼 수 있습니다.
감사합니다.
https://youtube.com/shorts/gyJbn0Pzngs
진공관에 헬륨기체를 넣고 전압을 주는 영상입니다.
감사합니다.^^
'과학전시물' 카테고리의 다른 글
| #13. 왜 동전이 떨어지지 않고 계속 구를까? (0) | 2023.04.26 |
|---|---|
| #12. 스트로보 효과, 만화영화의 원리 (0) | 2023.04.26 |
| #7. 우리 생활속 비밀의 유리, 미라클 글라스 (0) | 2023.04.25 |
| #3. 적외선 분광법의 원리? (0) | 2023.04.24 |
| #2. 태양광 패널은 어떻게 전기를 얻을까? (0) | 2023.04.24 |
