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人工の光はなぜ明るく光るのか
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晩秋から初冬の陽だまり。芝生に腰を下ろして、ひとときの小春日 和を楽しむ。夏にはひどく刺激的だった陽射しが、今はやさしく穏 やかに身体を包んでくれる。光の具合が儚げで、薄枯れた芝の輝き も、夏の緑ほどまぶしくはない。そんな時、全ての生命の源である 陽光というものの深い慈しみを思わずにはいられなくなる。 かつて地上では、陽が沈み夜の帳が降りて闇が支配しはじめると昼 間活動する動物たちは、ただ眠りにつくだけだった。しかしヒトは この闇に抗して｢火｣という明かりを手に入れた。それは闇からの開 放でありまた文明の始まりでもあった。時代とともにヒトはその後 さらにさまざまな人工の光を手に入れてきた。その人工の光にはど のようなものがあるだろうか。そのいくつかをあげてみよう。 まず第一に、物質を高温にすることで光を得る方法がある。溶鉱炉 から流れ出る銑鉄の輝きを思い浮かべていただければいいかもしれ ない。あれは、鉄が熱せられて光を発しているのだ。蝋燭の光も温 度こそ違え、またそのひとつである。こうして輝く光の原理を一般 に｢黒体放射｣と呼んでいる。それはこういうことだ。 物質を高温で熱すると、その原子は激しく振動し、電子は原子とぶ つかり合って跳ね返ったり加速したりする。この時、電子は急激に 方向を変えたり停止したりもする。こうした状況の時に、その熱せ られた物質から光や電波が発せられることになる。 我々が普段光と呼んでいる可視光線は、実は電磁波のひとつだ。こ の電磁波を波長の順で並べてみると、長い方から、赤外光､可視光､ 紫外光、極端紫外光、エックス線、α線となる。つまり、鉄が高温 で熱せられる時、電子のエネルギー放出によって発せられる電磁波 のうちの可視光が、あの真っ赤な輝きを見せているのである。 鉄そのものの粉体は黒い。黒く見える物質は光を吸収しているから そう見える。これを黒体物質という。こうした物質では、吸収され た電磁波のひとつである光が原子の振動として熱に変換されてしま うことになり、そして熱せられた時、最もよく光る性質を持つよう になる。つまり電磁波内の可視光を多量に発するようになるのだ。 煤は完全黒体と呼ばれる物質のひとつだが、これが蝋燭などの不完 全燃焼によって炎の中に大量に生まれる。蝋燭の炎から少し離して 紙などを掲げてやるとそこへ煤が着いてくるのは、炎の中に発生し た煤が急激に冷やされて紙などに付着するからだ。この煤が熱せら れて蝋燭はあのように光り輝き、ヒトが夜の闇の中で用いることの できる光源のひとつになったのだ。ちなみに蝋燭のようにガス内に 煤を含まず気体だけが燃える場合は、青白く燃える。 この黒体が熱によって輝く原理を用い、どこででも光を手に入れら れるようにした人工の光が白熱電球である。黒体のひとつであるタ ングステンで作ったフィラメントに電流を流し、電気抵抗によって 熱を作り出すことで黒体を光らせているのだ。これに対し蛍光灯の 場合の発光プロセスはだいぶ異なる。その原理を見てみよう。 物質にエネルギーを加えると、原子や電子がより高いエネルギーの 気道に飛び移る。これを｢励起(れいき)状態｣という。この励起状態 にある原子や電子が、本来物質の安定状態である基底状態に一気に 戻ろうとする時、原子や電子は光という電磁波を発する。ここまで の原理は同じである。そこで管にガスを閉じ込め、この中で放電を 起こしてやると、管内のガスは励起状態から基底状態に戻ろうとす る際にその物質特有の光を放出する。これが蛍光灯の光る原理だ。 ネオンサインもその代表的な例である。黒々とした夜空に鮮やかな 色で文字や絵を描き出すネオンサインは、まさに夜の華といえるが その色はチューブに入れた物質によってさまざまに変わる。ネオン サインの名称の元となったネオンガスではきれいな赤橙色が発色さ れる。アルゴンでは赤紫、アルゴン＋水銀で青、ヘリウムや炭酸ガ スを用いると白を発光させることができる。また同じ物質でも、ガ ラス管の色を変えればその色との混ざり具合で違った色を作ること ができる。アルゴン＋水銀の青を黄色のガラス管に入れれば緑色が 作り出せるような具合に。これがネオンサインの姿なのだ。 蛍光灯の場合には、ネオンサインと異なってもうひとつより明るく 光るためのプロセスがある。蛍光灯には水銀粒と希ガスが封じ込め られているのだが、まず最初に放電によってこのガスに紫外光を発 光させるてやる。そしてその次に管の内側にあらかじめ塗ってある 蛍光物質に紫外光をぶつけて再び励起を促し、あの明るい可視光を 生み出すのだ。これが蛍光灯が明るく部屋を照らす明かりになる原 理である。一般に蛍光物質は励起状態と基底状態を繰り返すたびに その蛍光性質を弱めていく。だから蛍光灯は古くなると暗くなって しまうのだ。お宅の蛍光灯、暗くなってない?!＼(^^ )ｵｵｷﾅｵｾﾜﾀﾞ |
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