EinsteinのA係数とB係数

山崎 勝義

物質による光の吸収や放出(発光)について学ぼうとすると，例外なくEinsteinのA係数とB係数に遭遇する。A係数は励起状態にある分子(原子も含む)の発光しやすさの定量的尺度であり，励起分子が数密度n*(単位：m^−3)で存在するとき，A係数とn*との積A・n*が単位時間，単位体積あたりに光を自然放出する分子の数(単位：m^−3⋅s^−1)，つまり，単位時間，単位体積あたりに放出される光子の数を与える。一方，B係数は光の吸収しやすさの尺度であるが，数密度n(単位：m^−3)で存在する分子に光が照射されるとき，単位時間，単位体積あたりに光を吸収する分子の数がB・nで表されるかというと，そうではない。正しくは，B・ρ・nであり，分光放射エネルギー密度ρが必要となる。まず，ρの単位について考えると，エネルギー密度という名称であるからJ⋅m^−3 という単位をもつと考えてしまいがちであるが，これは誤りである。たとえば，ρの代表例であるPlanckの式ρ(ν)の単位はJ⋅m^−3⋅sであり，時間sが含まれる。そこで，エネルギーの密度という名称なのになぜ時間が入ってくるのか，「単位体積あたりのエネルギー×時間」とは何なのか，などなど疑問があふれ出てくることになる。また，Bについては，単位J⋅m^−3⋅sをもつρとの積でs^−1という単位を与えるから単位J^−1⋅m^3⋅s^−2をもつことは間違いないが，物理量の意味を想像できるような単位ではないので，途方に暮れてしまうことになる。本書は，ρの単位に関する疑問を解き，EinsteinのA係数とB係数の中身および係数同士の関係，さらに，光吸収断面積(吸光係数)とEinstein係数との関係を理解するために書かれたmonographである。

EinsteinのA係数

EinsteinのB係数

分光放射エネルギー密度

光のエネルギー密度

光吸収断面積

化学 [ 430 ]

日本語

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[作成日] 2024-01-21

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