[생활/과학] 야광시계와 형광펜의 차이는 무엇일까?

야광시계와 형광펜의 차이는 무엇일까?

야광시계와 형광펜의 차이는 무엇일까? 


시계와 교통표시판 등 우리 주변에는 다양한 야광제품들이 있다. 이들이 어떻게 어둠 속에서 빛을 발하는지 또는 극장에서 영화를 보다가 야광시계를 보면 잘 보이던 야광 시계가 어떻게 보이지 않는 지, 야광과 형광의 의미 등을 알아보자. 






   야광 제품은 인광을 내는 물질을 이용한 것이다. 인광 물질은 빛을 받아서 전자가 들뜬 상태에 있게 되고, 전자가 바로 바닥 상태로 떨어지는 것이 아니라 서서히 떨어지면서 빛을 내기 때문에 주변의 빛이 사라져도 오랫동안 빛을 낸다. 즉, 에너지를 한 동안 머금고 있다가 천천히 방출하는 것이다. 이 때 나오는 빛은 물질의 종류에 따라 그 색깔이 다르며, 빛의 세기도 물질의 종류와 주어진 에너지의 크기에 따라 다르게 나타난다. 
   한편 형광 제품은 들뜬 상태의 전자가 곧바로 바닥 상태로 떨어져, 주변의 빛이 없어지면 더 이상 빛을 발하지 않는다. 형광펜은 일반색소에 형광물질을 넣은 것이라고 생각하기 쉬우나 직접 형광색소를 사용한 제품이다. 일반색소와 형광색소는 모두 빛을 받으면 원하는 파장의 빛은 흡수하고 나머지는 반사하는 성질에서는 차이가 없다. 그런데 일반색소는 빛을 흡수해서 받은 에너지를 전부 색소분자가 진동하는데 써 버리거나 주위의 다른 분자들과 충돌하면서 빼앗겨 버리고 만다. 하지만 형광색소는 빛에서 흡수한 에너지를 다시 파장이 더 긴 빛의 형태로 방출한다. 

높은 에너지 준위에서 낮은 에너지 준위로 전자가 떨어질 때......

아래 사진은 수소기체의 스펙트럼을 나타낸 것이다. 이것은 수소원자에서 나오는 가시광선 영역의 빛이다.




이 때 파장이 긴 쪽으로부터 짧은 쪽으로 Hα, Hβ, Hγ, Hδ선 등으로 이름을 붙인다. 

1885년 발머는 수소원자의 스펙트럼을 관찰하고 선스펙트럼의 파장을 조사하면 어떤 규칙성이 있을 것이라고 생각하였다. 발머는 이 파장값들 사이의 관계를 조사하여 다음과 같이 수열로 표시될 수 있다는 것을 알아냈다. 

수소 원자의 이 스펙트럼 계열을 발머 계열이라고 하며,상수 R을 리드베리 상수라 한다. 이 식에 n=3,4,5....을 차례로 대입하여 계산하면 그 값이 실험값과 일치하는 것을 확인하였다. 
위 식은 아래 그림의 발머 계열의 식을 나타낸 것으로 더 높은 궤도(n>2)에서 두 번째 궤도로 떨어질 때를 나타낸 것이다. 그러므로 Hα는 n=3에서 n=2로 떨어질 때 방출하는 에너지에 의한 것이고, Hβ는 n=4에서 n=2로 떨어질 때, Hγ는 n=5에서 n=2로 떨어질 때 방출하는 에너지에 의한 선스펙트럼이다. 그러므로 에너지 준위는 불연속적이다. 



<문충식 선생의 유레가 과학 교실>