기체 방전과 스펙트럼의 방출 원리에 대해 설명 부탁드려요.

Question

도시 야경의 네온 사인이 유색 빛을 발산하는 원리는 기체 방전에 의해 원자가 방출하는 스펙트럼 때문이라고 합니다. 기체 방전과 스펙트럼의 방출 원리에 대해 설명 부탁드려요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

네온 사인의 유색 빛은 유리관 내부의 저압 기체에 고전압을 가해 전자를 충돌시키고, 에너지 상태가 높아진 원자가 다시 안정화되면서 고유한 파장의 빛을 방출하는 기체 방전과 선스펙트럼 원리로 나타나게 됩니다.

유리관 양끝의 전극에 수천 볼트의 고전압을 가하면 관 내부에서 방출된 전자가 고속으로 가속되며, 가속된 전자가 유리관 내부에 충전된 저압 기체 원자들과 격렬하게 충돌하게 됩니다. 충돌 시 에너지를 전달 받은 기체 원자 내 전자가 에너지가 낮은 바닥 상태에서 높고 불안정한 들뜬 상태로 이동합니다. 불안정해진 들뜬 상태의 전자는 아주 짧은 시간 내에 다시 에너지가 낮은 바닥 상태로 복귀하며, 두 궤도 간의 에너지 차이 만큼을 정확히 빛의 형태로 방출합니다.

이 에너지 차이에 대응하는 빛의 파장만이 선택적으로 방출되므로, 연속적인 무지갯빛이 아닌 각 기체 고유의 선스펙트럼이 뚜렷하게 나타나게 됩니다. 순수 네온은 붉은색 빛을 내고, 아르곤은 청록색, 헬륨은 연분홍색이나 금빛 노란색의 빛을 방출합니다.