28171

Атом во внешних полях. Простой и сложный эффект Зеемана

Доклад

Физика

Простой и сложный эффект Зеемана Расщепление спектральных линий атомных систем помещенных во внешнее магнитное поле называется эффектом Зеемана 1896 г. Расщепление линии на три компонента названо простым нормальным эффектом Зеемана. Расщепление линии более чем на три компонента названо сложным анормальным эффектом Зеемана Количественное объяснение простого эффекта Зеемана с позиций классической теории дано Лоренцем. Последовательное описание обоих вариантов эффекта Зеемана дано в рамках квантовой теории с учетом спинового магнитного...

Русский

2013-08-20

165.5 KB

31 чел.

71  Атом во внешних полях. Простой и сложный эффект Зеемана 

Расщепление спектральных линий атомных систем, помещенных во внешнее магнитное поле, называется эффектом Зеемана (1896 г.). Расщепление линии на три компонента названо простым (нормальным) эффектом Зеемана. Расщепление линии более чем на три компонента названо сложным (анормальным) эффектом Зеемана Количественное объяснение простого эффекта Зеемана с позиций классической теории дано Лоренцем. Согласно теории Лоренца при наблюдении излучения атомов перпендикулярно направлению внешнего магнитного поля спектральная линия с частотой  должна расщепляться на три компонента с частотами , , ; величина

                                                        (1)

( - модуль напряженности внешнего магнитного поля) называется нормальным расщеплением. Компоненты расщепления обнаруживают линейную поляризацию: крайние (-компоненты) – перпендикулярную к направлению , средний (-компонент) – параллельную .

Последовательное описание обоих вариантов эффекта Зеемана дано в рамках квантовой теории с учетом спинового магнитного момента атомов.

Воздействие внешнего магнитного поля приводит к изменению энергии атома на величину , и как следствие, к его расщеплению на несколько компонентов. В результате спектральная линия, обусловленная квантовым переходом между рассматриваемой парой энергетических уровней, также расщепляется.

Рассмотрим аномальный эффект Зеемана. Когда атом помещен в магнитное поле, его полная энергия слагается из двух частей: из внутренней энергии атома и из энергии взаимодействия магнитного момента атома с внешним магнитным полем.

В слабом магнитном поле спин-орбитальное взаимодействие существенно сильнее взаимодействия атома с внешним магнитным полем. Дополнительная энергия определяется по формуле

                                                                (2)

где  - магнетон Бора,  - магнитное квантовое число,

                                          (3)

- множитель Ланде.

В качестве примера рассмотрим  магнитную структуру дублета натрия, схема энергетических уровней которого приведена на рисунке 1.

Определим возможные , вычислим значения множителя Ланде  по формуле (3) и найдем для каждого из рассматриваемых термов (, , ) возможные значения , определяющие при заданном  значения дополнительной энергии  в единицах  (формула 2). Результаты сведем в таблицу 9.1.

Терм

 

1/2 ,   -1/2

2

1,     -1

1/2 ,   -1/2

2/3

1/3,     -1/3

3/2,  1/2,

-1/2,  -3/2

4/3

6/3,     2/3,

-2/3,  -6/3

Таким образом, терм  расщепляется на два компонента с разностью энергий , терм  - также на два компонента с разностью энергий , а терм  - на четыре компонента с величиной расщепления .

В соответствии с правилами отбора ,  выделим разрешенные излучательные переходы (рисунок 1). Как видим, линия  дублета расщепляется в магнитном поле на четыре компонента, а линия  - на шесть компонентов. При этом разности частот компонентов расщепления выражаются через нормальное расщепление  посредством рациональных чисел. В этом случае наблюдается сложный эффект Зеемана.

В сильном поле энергия взаимодействия орбитального и спинового моментов с полем значительно превосходит энергию их спин-орбитального взаимодействия. В этом случае дополнительная энергия, обусловленная воздействием внешнего магнитного поля, определяется по формуле

.                                               (4)

При этом    , , …,  0, -1, …, , ;

           , , … , 0, -1, … , .

Разность энергий двух уровней, между которыми осуществляется переход, обусловливающий появление линии в спектре равна

,

и, следовательно,

.

Тогда для смещения частот можно записать

,                                    (5)

где  определяется по формуле (1).

С учетом правил отбора: , ;   для смещения частот в спектре получим

, .

Видим, что при воздействии сильного магнитного поля спектральная линия с частотой  расщепляется на три компонента (простой триплет Лоренца). В этом случае регистрируется нормальный эффект Зеемана.

Таким образом, в сильных магнитных полях сложный эффект Зеемана переходит в простой, что обусловлено разрывом спин-орбитальной связи в сильных полях. Преобразование сложного эффекта Зеемана в простой в сильных магнитных полях составляет суть эффекта Пашена – Бака.

Нормальный эффект Зеемана, то есть расщепление спектральных линий на три компонента во внешнем магнитном поле, наблюдается:

  1.  при переходах между синглетными термами (, )
  2.  при переходах между уровнями , ;
  3.  при переходах между уровнями  и , поскольку уровень с  не расщепляется, а уровень с  расщепляется на три компонента;
  4.  в сильных магнитных полях для любых других электронных переходов.

PAGE  3


Рисунок
1 - Расщепление дублета натрия в слабом внешнем магнитном поле (масштаб по оси различен для случаев H=0 и H0)

/3H

D1                                 D2    

4/3H

8/3H

H=0                                    H0

2P3/2

2P1/2

2S1/2

mJ      mJgJ

3/2    5/3

1/2    2/3

1/2   -2/3

3/2   -5/3

1/2    1/3

1/2   -1/3

1/2       1

1/2      -1

D1  D2    

10/3H

5/3H


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14408. Экономические отношения нашей группы 30 KB
  Сочинение на тему: Экономические отношения нашей группы Каждый день мы вступаем в экономические отношения. Например в автобусе в магазине в университете даже когда мы сидим в интернете и так далее. В автобусе мы платим за проезд в магазине за товары в университете з...
14409. Экономическое отношение современной молодёжи 20.56 KB
  Экономическое отношение современной молодёжи В этом докладе речь пойдёт об экономических отношениях современной молодёжи. Для начала вспомним о первоначальном понимании экономики как об умении вести домашнее хозяйство и уже потом как о некоторой жизненно важной дл
14410. Экономическое поведение молодежи в г.Сургуте 17.37 KB
  Экономическое поведение молодежи в г.Сургуте. Время. Важный ли это фактор Имеет ли значение то в какой период вы родились Я думаю да. У каждого свой час свое предназначение. На наши взгляды без сомнения влияет то что происходит именно здесь и сейчас. Возможно родивш
14411. Молодёжь и социально-экономическая ситуация 16.23 KB
  Сегодня молодёжь РФ это 396 миллионов молодых граждан 27 от общей численности населения страны. Молодёжь и социальноэкономическая ситуация В Российской Федерации высок уровень безработицы среди молодых людей в возрасте 15 24 лет 64 процента. Одной из наиболее ос...
14412. Экономические отношения современной молодежи в стране 32.5 KB
  Экономические отношения современной молодежи в стране. Молодёжь это особая социальновозрастная группа отличающаяся возрастными рамками и своим статусом в обществе: переход от детства и юности к социальной ответственности. Возрастные рамки позволяющие относить
14413. Экономическое отношение современной молодёжи в России 33.5 KB
  Экономическое отношение современной молодёжи в России Молодёжь в значительной части обладает тем уровнем мобильности интеллектуальной активности и здоровья который выгодно отличает её от других групп населения. В то же время перед любым обществом стоит вопрос о...
14414. Хочешь жить - умей вертеться 18.22 KB
  Хочешь жить умей вертеться. В современном мире все вращается вокруг денег. Каждый пытается гдето сэкономить а ктото старается увеличить свою прибыль. Что касаемо студентов... То не буду лукавить даже порой садясь в автобус или маршрутное такси нас давит жаба плат
14415. Экономические отношения современной молодёжи России 30 KB
  Экономические отношения современной молодёжи России сочинение Современная молодежь России в последнее время всё чаще идёт на поводу брендов о которых не умолкают СМИ стремится быть в первых рядах и подражать иностранным известным личностям в каких либо их приобре...
14416. Сочинение на тему: «Экономические отношения молодежи в стране» 20.49 KB
  Сочинение на тему: Экономические отношения молодежи в стране. В условиях социальноэкономического реформирования российского общества особую актуальность приобретают исследования проблем молодежи проживающей в малых городах. Проблемная ситуация заключается в то