電子のエネルギー準位(数式なしの説明)
電子は原子核の周りを回っています。
正確には、原子核の外にあるという意味で、核外電子と呼ばれます。
電子はマイナスの電気を帯び、原子核はプラスの電気を帯びていますから、両者は電気的引力で引き合います。
しかし逆に、回っているものは遠心力を持ちます。
これは離れ合う力です。
この引き合う力と離れ合う力とがつりあうと、定在的な軌道が生じます。
電気的引力でなく万有引力で考えると、地球が太陽のまわりをほぼ同一の円として1年という周期で回るのは、この引き合う力と離れ合う力とがつりあっているからです。
月が地球のまわりをほぼ同一の円として約1か月という周期で回るのも、同じことです。
実際には楕円なのですが、ここでは簡単のために円と考えます。
この時、回っているものが地球や月のように巨大なものなら、どのような半径の軌道もありえます。
その半径によって、一周する期間(周期)や速度も決まります。
たとえば仮に地球が太陽のまわりを正確に一定の円状軌道で回っているとして、それより少しだけ大きな半径の一定円軌道というものもありえます。
そこでは地球の公転速度は現在より少しだけ小さくなり、周期は大きくなります。
ところが電子というものは微小な粒子です。
どんな粒子でも実は波としての性質も持つのですが、通常は無視できます。
しかし電子や原子くらい微小なものの場合、波としての性質が無視できなくなります。
つまり一定の円周軌道を描くためには、その円周の長さが、波としての電子の波長に等しいか、あるいは2倍であるとか3倍であるとか、そういう飛び飛びの条件を満たさないと存在できないのです。
電子の波長は速度によっても決まるので、単純に円周の長さがある値の倍数でなければならない、というわけではないのですが、いずれにしても飛び飛びの値になります。
そしてエネルギーは円周の長さによって決まるので、やはり飛び飛びの値(準位)となるのです。


