- •I . Борівська теорія атома
- •1.1. Закономірність в атомних спектрах
- •1.2. Модель атома Томсона
- •1.3. Досліди по розсіянню -частинок. Ядерна модель атома
- •1.4. Постулати Бора. Дослід Франка і Герца
- •1.5. Елементарна борівська теорія водневого атома
- •II. Елементи квантової механіки
- •2.1. Гіпотеза Луї де Бройля. Корпускулярно-хвильовий дуалізм
- •2.2. Співвідношення невизначеностей Гейзенберга
- •2.3. Рівняння Шредінгера
- •2.4. Фізичний зміст псі-функції
- •2.5. Квантування енергії
- •2.6. Рух вільної частинки
- •2.7. Частинка в нескінченно глибокій потенціальній ямі
- •2.8. Гармонічний осцилятор
- •2.9. Проходження частинки крізь потенціальний бар’єр
- •2.10. Квантування моменту імпульсу
- •III. Квантова теорія атомів і молекул
- •3.1. Квантова теорія атома водню
- •3.2. Багатоелектронні атоми
- •3.2.1. Спектри лужних металів
- •3.2.2. Нормальний ефект Зеємана
- •3.2.3 Мультиплетність спектрів і спін електрона
- •3.2.4 Механічний та магнітний моменти багатоелектонного атома
- •3.2.5. Розподіл електронів в атомі за станами. Періодична система елементів д.І. Менделєєва
- •3.2.6. Рентгенівські спектри
- •3.2.7. Енергія молекули
- •3.2.8. Молекулярні спектри
- •3. 2. 9 Комбінаційне розсіювання світла
- •3. 2.10. Вимушене випромінювання. Лазери
- •I. Борівська теорія атома………………………………………………………..…3
3.2.2. Нормальний ефект Зеємана
Якщо атоми, що випромінюють світло, розмістити в магнітному полі, то спектральні лінії, які випромінюються цими атомами, розщеплюються на кілька компонент. Це явище було виявлене в 1896 р. голландським фізиком П. Зеєманом (1865 – 1943) при спостережені за світінням пари натрію і носить його ім’я.
Оскільки випромінювання спектральних ліній – це наслідок квантових переходів атомів між енергетичними рівнями, то логічним є припущення, що розщеплення спектральних ліній зумовлене розщепленням енергетичних рівнів атомів під дією зовнішнього магнітного поля. Причому таке розщеплення не важко зрозуміти, якщо врахувати те, що електрону в атомі притаманний момент імпульсу (механічний момент) і зв’язаний з ним орбітальний (азимутальний) магнітний момент :
. (3.15)
Із теорії електромагнетизму відомо, що у зовнішньому магнітному полі з напруженістю енергія будь–якого фізичного об’єкта з магнітним моментом змінюється на величину
. (3.16)
Згідно з квантовою теорією модуль вектора
, (3.17)
а його проекція на напрямок
. (3.18)
На підставі співвідношень (3.15) – (3.18) знаходимо, що у зовнішньому магнітному полі атом отримує додаткову енергію:
. (3.19)
У формулі (3.19): m0 - маса електрона в стані спокою, m - магнітне квантове число, яке може приймати значення тобто значень; – орбітальне квантове число, яке може приймати значення: ,
(магнетон Бора).
Отже, енергетичний рівень розщеплюється на еквівалентних підрівнів, в зв’язку зчим розчеплюються і спектральні лінії.
Н
Рис.
3.5
При наявності поля окрім лінії з частотою виникають дві розташовані симетрично відносно неї лінії з частотами і .
Рис.
3.6
Отримане у розглянутих випадках зміщення компонент називають нормальним або лоренцевим. Величина нормального зміщення, очевидно, дорівнює:
. ( 3.20)
Оцінка величини розщеплення компонент у полі з напруженістю Н~А/м для видимого світла дає величину (див. [2], [8] ).
Нормальний ефект Зеємана полягає в тому, що у магнітному полі одна лінія розщеплюється на три компоненти зі зміщенням . Однак, як засвідчує досвід, таке розщеплення відбувається лише для ліній, яким не притаманна тонка структура. У ліній з тонкою структурою число компонент буває більше трьох, а величиною розщеплення являє собою раціональний дріб від нормального зміщення:
.
де r і q– невеликі цілі числа. Наприклад, розщеплення жовтого дублету натрію має вигляд, показаний на рис. 3.7. Таке розщеплення спектральних ліній називають аномальним (складним) ефектом Зеємана.
З
Рис.
3.7
посібниками [2], [7], [8].