Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Зееманов ефект

<== предишна статия | следващата статия ==>

Прекият (обратен) ефект на Зееман се състои в разделяне на спектралните линии на излъченото (абсорбираното) излъчване, ако излъчващото (абсорбиращо) вещество е в магнитно поле. Ефектът на Зееман се дължи на разделянето на енергийните нива на атоми или молекули в магнитно поле.

Ефектът на магнитното поле върху емисиите на атоми е открит през 1896 г. от холандския учен Петър Зееман и по-късно теоретично е обяснен от Хендрик Лоренц.

Същността на това явление е, че в магнитното поле в резултат на действието на силите на Лоренц върху електрони, които се въртят около ядрото на атома, излъчването на атомите се разделя, което води до две странични честоти.


Фиг. 5.4 Емисионният спектър (абсорбция) на вещества в магнитно поле.

, (5.1)

(5.2) леене на магнитното поле върху излъчването на атоми.

Квантовата теория дава пълно обяснение на ефекта на Зееман.

Един атом има магнитен момент, който е свързан с механичния момент на импулса и може да бъде ориентиран в магнитно поле само по определен начин. Броят на възможните ориентации е равен на степента на дегенерация на енергийното ниво, т.е. броя на възможните състояния на атома с дадена енергия. В обикновените магнитни полета честотите на такива преходи съответстват на микровълновия диапазон. Това води до селективно поглъщане на радиовълните, което може да се наблюдава в парамагнитни вещества, поставени в постоянно магнитно поле.

Ефектът на Зееман се наблюдава и в молекулните спектри, но е много по-трудно да се дешифрира такъв спектър, отколкото атомните спектри. Освен това, наблюдението на ефекта в молекулните спектри представлява големи експериментални трудности поради сложността на модела на разделяне и припокриване на молекулни спектрални ленти. Този ефект може да се наблюдава и в спектрите на кристалите (обикновено в абсорбционните спектри).

Ефектът на Зееман се използва не само в спектроскопията за изучаване на фината структура на материята, но и в квантовите електроника, за измерване на магнитни полета в лабораторни условия, както и на магнитни полета на космически обекти.

Този ефект играе важна роля в развитието на атомната теория. Той показа, че излъчването на светлина от един атом е свързано с движението на неговите електрони и по-късно прави възможно да се провери в детайли и с голяма точност коректността на квантовата механика - основата на съвременната атомна теория.

През 1862 г., считайки, че магнитното поле трябва да влияе не само на разпространението на светлината, но и на неговото излъчване, Фарадей изследва спектъра на жълтата светлина на пламък, съдържащ натриеви пари, поставени между полюсите на магнита, но не открива очаквания ефект. Но през 1896 г. холандският физик П. Земан (1865–1943), който е работил в Лайден, повтори опита си с по-напреднал метод. Той откри, че когато едно поле е наложено, всяка от линиите на жълтия дублет на натриевия спектър (така наречените D-линии) се разширява (т.е. лентата на излъчваните честоти се увеличава).

Теоретично обяснение на феномена е дадено от сънародник Зееман, теоретик Х. Лоренц. Същността на мотивите му може да бъде обобщена, като се вземат предвид прости случаи. Да предположим първо, че зарядът e се движи в излъчващ атом по кръг, чиято равнина е перпендикулярна на магнитното поле B. За простота приемаме, че силата, свързваща заряда с атома, е пропорционална на разстоянието r от центъра на окръжността. (Това предположение не е от фундаментално значение, но опростява изчисленията.) При отсъствието на поле B, приравнявайки центробежната сила на инерцията с центростремителната сила, получаваме

Къде да намерим честотата на циркулация на заряда:

Ако е наложено поле В, то действа върху заряда със сила evB, принуждавайки го да излезе от равнината на фигурата. В този случай общата сила, действаща върху заряда, е равна на mv2 / r + evB; Ето защо,

Ефектът може да се наблюдава със спектроскоп, зададен на D1 или D2, ако зарядът се излъчва, движейки се в кръг между северния и южния полюс на магнита.

Приблизителното решение на това уравнение, валидно за всички стойности на индукция B, с изключение на екстремалните, има формата

-1560 (4) vchas = v0 - eB / 4m,

където индексът "час" показва, че наблюдаваното завъртане от позицията D2 е по посока на часовниковата стрелка. Ако зарядът се върти обратно на часовниковата стрелка, тогава действието на поле В би било противоположно и

Накрая, ако равнината на въртене е успоредна на магнитното поле, последната не влияе върху честотата на революцията.

Нека сега разгледаме газ, който се нагрява до луминесценция, в който има три вида електрони, движещи се по орбити, както и междинни ориентации. Да предположим, че спектроскопът е разположен в точка D1. Орбитите с движение на електрони по посока на часовниковата стрелка и в посока, обратна на часовниковата стрелка, ще съответстват на равнинна поляризирана светлина с честоти vchas и vconc. Ако орбиталната равнина съвпада с посоката на полето, тогава честотата на светлината ще остане непроменена. По този начин ще се наблюдават три спектрални линии. Ако пробиете дупка в върха на магнита, можете да видите светлината в посока на D2. Извършеният по-горе анализ показва, че в тази посока могат да се наблюдават два компонента - кръгово поляризирани по часовниковата стрелка и обратно на часовниковата стрелка, с честоти vchas и vcross. Първите груби измервания потвърждават тези теоретични прогнози. Зееман откри, че v е по-малко от v час. Съгласно формули (4) и (5) това показва, че отрицателните заряди се въртят и на базата на измереното разширяване на началната линия, Зееман заключава, че съотношението на заряда на частиците към неговата маса е приблизително приблизително. Kl / kg Няколко години по-рано, Дж. Томсън, изучавайки процесите в газоразрядните тръби, открил частици, по-късно наречени електрони, и установил, че те имат отрицателен заряд и съотношението на заряда им към масата е Kl / kg Тъй като освен електрона няма други частици със сходни стойности на съотношението заряд-маса, електроните (въпреки че представляват незначителна част от масата на целия атом) са отговорни за излъчването на светлина. Това изключително важно откритие постави основата за развитието на теорията на електронната структура на атомите, която, започвайки с приносите на Ръдърфорд и Бор през 1911 и 1912 г., се развива, превръщайки се в съвременна общоприета теория за атома. Но веднага щом се осъществи значението на откритието на Зееман, започнаха да възникват трудности. През 1898 г. Т. Престън съобщава, че някои спектрални линии на цинк и кадмий се разделят на четири компонента и скоро А.Корну открива, че от двете натриеви D-линии, с които Фарадей и Зееман са експериментирали, се разделя на четири, а другата - за шест компонента. През 1911 г. C. Runge и F. Paschen установяват, че интензивната зелена линия в спектъра на живака се разделя на 11 компонента. В началото подобно силно разделение се възприемаше като "аномален зееманов ефект". Но скоро стана ясно, че „нормалният ефект на Зееман” с разделяне на три компонента сам по себе си е изключение и стана необходимо да се усъвършенства теорията на Лоренц.

A. Lande от Тюбинген открива през 1923 г. (след анализиране на експериментални данни за голям брой конкретни случаи) сложна обща формула, която прави възможно да се изчисли точно ефекта на Зееман за всяка спектрална линия. Причината за описване на прости явления, произтичащи от движението на атомния електрон в магнитно поле, изисква такава сложна формула, станала ясна след откритието, направено през 1925 г. от S. Goudsmit и J. Uhlenbeck. Те открили, че електронът се държи като върха, въртящ се около собствената си ос. Електродинамиката показва, че такъв електрон трябва да се държи като малък магнит и това е двойното взаимодействие с магнитното поле на орбиталния момент в атома и спина, който води до сложна динамична картина.

През 1926 г. В. Хайзенберг и П. Йордан, използвайки методите на квантовата механика, анализирали ефекта на Зееман и получили формулата на Ланде от основните принципи на теорията. Това изчерпателно обяснение на ефекта на Зееман е едно от първите триумфи на новата атомна теория. Съвременните научни методи позволяват използването на ефекта на Зееман за идентифициране на атомни и ядрени състояния. Формули като формулата на Lande, които свързват Зееман с разделянето в спектрите на атоми, молекули и ядра с техните въртеливи движения, позволяват да се определи естеството на тези конфигурации чрез измерване на ефекта на Зееман в спектрите поради неизвестни атомни конфигурации. Ефектът на Зееман обикновено се изследва чрез спектроскопски методи или чрез атомни и молекулярни лъчи.

В астрофизиката ефектът на Зееман се използва за определяне на магнитните полета на космическите обекти.

При измерване на магнитните полета на звездите, разделянето на спектралните линии на Зееман обикновено се наблюдава при абсорбцията. Надлъжният компонент на магнитното поле се измерва в няколкостотин звезди от различни спектрални класове. Установено е, че индукционният магн. полета на повърхността на т.нар. магнитните звезди достигат няколко хиляди Gs, а звездата HD 215441 има силно поле Gs. Много силни магнитни полета над 10 Gs бяха открити от ефекта на Зееман в няколко изродени звезди - бели джуджета.

Фиг. 4. Нормален зееманов ефект;

стрелките показват поляризация
елементи - честотата на оригинала
линия, и -
честоти -components.

<== предишна статия | следващата статия ==>





Вижте също:

Магнитооптични явления

Повърхностноактивни резонатори

Физически основи на приложението на явлението свръхпроводимост в измервателните уреди

Методи с използване на сензори на конзолна основа

Конзолни сензори, базирани на системи с високо молекулно тегло и биополимери

неутрон

Капацитивен имуносензор

Физически основи на вибрационната спектроскопия

Преобразуватели на биохимични реакции в аналитичен сигнал

Пространствени характеристики

Разполагане на устройства

Връщане към съдържанието: Физически явления

Видян: 5981

11.45.9.51 © ailback.ru не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно ползване. Има ли нарушение на авторските права? Пишете ни Обратна връзка .