Главная страница Случайная страница Разделы сайта АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Эффект ЗееманаСтр 1 из 10Следующая ⇒
Лабораторная работа № 16 Эффект Зеемана Цель работы: Исследование эффекта Зеемана с помощью интерферометра Фабри-Перо. Определение магнетона Бора. Теоретическая часть Эффект Зеемана Эффектом Зеемана называется расщепление уровней энергии атомов в магнитном поле, фиксируемое по расщеплению спектральных линий. Явление было обнаружено П. Зееманом в 1896 г. при исследовании спектра свечения паров натрия. Исчерпывающее теоретическое объяснение эффекта Зеемана дается в рамках квантовой теории. Её основные положения, необходимые для полного понимания природы эффекта Зеемана, кратко изложены в Приложении 1. Взаимодействие магнитного момента атома с магнитным полем приводит к приобретению атомом дополнительной энергии: , (1) где B – индукция магнитного поля; – проекция полного магнитного момента атома на направление магнитного поля. Индукция магнитного поля в электромагните, используемом в данной лабораторной работе, не превышает 1 Тл. В этом случае т.н. «слабого поля» можно представить в виде (см. Приложение 1): , (2) где – магнетон Бора, g – фактор Ланде, mJ – магнитное квантовое число, которое пробегает значений: . (3) Подставив в (1), найдём величину расщепления уровней энергии атома в магнитном поле: . (4) Таким образом, при наложении магнитного поля состояние атома с полным моментом импульса, определяемым квантовым числом J, расщепляется на состояние (как говорят, происходит снятие вырождения уровней мультиплета по магнитному квантовому числу). В результате при переходе электрона между этими состояниями вместо одной линии, наблюдавшейся в отсутствие поля, появляется группа компонент, частоты которых определяются выражением: , (5) где ħ – постоянная Планка, E 1 и E 2 – энергии атома, ω 0 – частота линии в отсутствие магнитного поля. При этом картина расщепления оказывается симметричной относительно первоначально нерасщепленной линии. Все расстояния между соседними компонентами одинаковы, а их число может достигать нескольких десятков. Количество линий определяется правилами отбора для квантового числа mJ, которые следуют из закона сохранения момента импульса для атомной системы: (6) · Линии, соответствующие , называются π -компонентами. · Линии, соответствующие , называются σ -компонентами. Условия наблюдения π - и σ -компонент определяются геометрией эксперимента: · Эффект Зеемана называется поперечным, если оптическая ось экспериментальной установки перпендикулярна магнитной индукции (см. Рис.1). В этом случае π - и σ -компоненты линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях. · Эффект Зеемана называется продольным, если оптическая ось параллельна . В этом случае π -компонента отсутствует, а σ -компоненты поляризованы по кругу во взаимно противоположных направлениях. Рис. 1 – Схема продольного и поперечного эффекта Зеемана В работе изучается излучение атома кадмия Cd. Конструктивно это спектральная лампа с кадмием. В соответствии с возможностями интерферометра Фабри-Перо, используемого в установке, для исследования были выбраны следующие переходы: · с длиной волны λ =643, 847 нм; (нормальный эффект Зеемана); · с длиной волны λ =508, 588 нм; (аномальный эффект Зеемана).
|