Самолетни двигатели Административно право Административно право на Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог“ Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидравлични системи и хидромашини История на Украйна Културология Културология Логика Маркетинг Машиностроене Медицинска психология Метали и заваръчни инструменти Метали и метали икономика Описателни 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 Социална психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория теорията на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерно производство Физика физични явления Философски хладилни агрегати 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 VKontakte Odnoklassniki My World Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Зеемен ефект

<== предишна статия | следваща статия ==>

Директният (обърнат) Zeeman ефект се състои в разделяне на спектралните линии на излъчваното (абсорбирано) излъчване, ако излъчващото (абсорбиращо) вещество е в магнитно поле. Ефектът на Земан се дължи на разделянето на енергийните нива на атоми или молекули в магнитно поле (фиг. 1.5).

Влиянието на магнитното поле върху излъчването на атоми е открито през 1896 г. от холандския учен Питър Земан и по-късно теоретично е обяснено от Хендрик Лоренц. Същността на това явление е, че в магнитно поле, в резултат на действието на сили на Лоренц върху електрони, въртящи се около ядрото на атома, излъчването на атомите се разделя, което води до две странични честоти.

Фиг. 1.4 Спектърът на излъчване (абсорбция) на вещества в магнитно поле.

През 1862 г., вярвайки, че магнитното поле трябва да повлияе не само на разпространението на светлината, но и на нейното излъчване, Фарадей изследва спектъра на жълтата светлина на пламък, съдържащ натриеви пари, разположен между полюсите на магнит, но не намери очаквания ефект. Въпреки това през 1896 г. холандският физик П. Земан (1865–1943), който работи в Лайден, повтори опита си, използвайки по-съвременен метод. Той откри, че когато се прилага поле, всяка от линиите на жълтия дублет от натриевия спектър (така наречените D-линии) се разширява (т.е. лентата на излъчваните честоти се увеличава).

Теоретично обяснение на явлението даде сънародникът Зейман, теоретикът Х. Лоренц. Същността на неговите разсъждения може да бъде обобщена, като се разгледат прости случаи.

Да предположим, че заряд e се движи в излъчващ атом в 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 основно значение, но опростява изчисленията.) При липса на поле В, което се приравнява на центробежната инерционна сила с центробежната сила, получаваме

, (1.2)

къде можем да намерим честотата на въртене на заряда:

, (1.3)

В полето с индукция В силата на Лоренц ( ), принуждавайки го да се измъкне от равнината на картината. В този случай общата сила, действаща върху заряда, е ( ); Ето защо,

, (1.4)

Този ефект може да се наблюдава с помощта на спектроскоп, ако зарядът излъчва движение в кръг между северния и южния полюс на магнит.

Приблизителното решение на уравнението, валидно за всички стойности на индукция B, с изключение на екстремни стойности, има формата:

, (1.5)

където индексът на часа показва, че въртенето е по посока на часовниковата стрелка. Ако зарядът се върти обратно на часовниковата стрелка, тогава действието на магнитното поле е противоположно и

, (1.6)

Ако равнината на въртене е успоредна на магнитното поле, тогава последното не влияе на честотата на въртене.

Експерименталните изследвания на Земан потвърдиха тези теоретични прогнози. Това показва, че отрицателните заряди се въртят и въз основа на измереното разширяване на началната линия Земан заключи, че съотношението на заряда на частиците към неговата маса е приблизително CL / kg Няколко години по-рано, J. Thomson, изучавайки процесите в газоразрядни тръби, откри частици, по-късно наречени електрони, и установи наличието на отрицателен заряд, като съотношението на техния заряд към масата е CL / kg Тъй като в допълнение към електрона няма други частици с близки стойности на съотношението на заряда към масата, електроните (въпреки че те представляват незначителна част от масата на целия атом) са отговорни за излъчването на светлина.

Това изключително важно откритие проправи пътя за развитието на теорията за електронната структура на атомите, която, като се започне с приноса на Ръдърфорд и Бор през 1911 и 1912 г., се разви, превръщайки се в модерна общопризната теория на атома. Но щом значението на откритието на Земан беше признато, 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 D-линии на натрий, с които Фарадей и Земан експериментират, едната е разделена на четири, а другата - в шест компонента. През 1911 г. К. Рунге и Ф. Пашен установяват, че интензивната зелена линия в спектъра на живак е разделена на 11 компонента. Отначало такова силно разцепване се възприема като „аномален Земанов ефект“. Но скоро стана ясно, че самият „нормален Земанов ефект“ с разделянето на три компонента представлява изключение и имаше нужда от допълнително усъвършенстване на теорията на Лоренц.

А. Ланде от Тюбинген открива през 1923 г. (след анализиране на експериментални данни за голям брой специални случаи) сложна обща формула, която дава възможност за точно изчисляване на ефекта на Земан за всяка спектрална линия. Причината, поради която е необходима толкова сложна формула, за да се опишат простите явления, възникващи по време на движението на атомен електрон в магнитно поле, става ясна след откритието, направено през 1925 г. от С. Годсмит и Дж. Уленбек. Те открили, че електронът се държи като върх, въртящ се около собствената си ос. Електродинамиката показва, че такъв електрон трябва да се държи като малък магнит и че двойното взаимодействие с магнитното поле на орбиталния импулс в атома и спина води до сложна динамична картина.

През 1926 г. У. Хайзенберг и П. Джордан, използвайки методите на квантовата механика, анализират ефекта на Земан и извеждат формулата на Landé от основните принципи на теорията. Това изчерпателно обяснение на ефекта на Земан беше един от първите триумфи на новата атомна теория. Съвременните научни методи позволяват да се използва ефектът на Земан за идентифициране на атомни и ядрени състояния. Формули като формулата на Ланде, свързващи разделянето на Земан в спектрите на атоми, молекули и ядра с ротационното им движение, ни позволяват да определим естеството на тези конфигурации от данните на ефекта на Земан в спектрите поради неизвестни атомни конфигурации. Ефектът на Земан обикновено се изследва чрез спектроскопия или чрез атомни и молекулярни лъчи.

Ефектът Земан се използва например в астрофизиката за определяне на магнитните полета на космическите обекти. При измервания на магнитните полета на звезди обикновено се наблюдава разделяне на Земан на спектрални линии при абсорбция. Надлъжният компонент на магнитното поле беше измерен за няколкостотин звезди от различни спектрални класове.

Фиг. 1.5 нормален Zeeman ефект,

- честота на началния ред, и - честоти -components.

Ефектът на Земан се наблюдава и в молекулярните спектри, обаче е много по-трудно да се дешифрират такива спектри, отколкото атомните. В допълнение, наблюдението на ефекта в молекулните спектри представлява големи експериментални затруднения поради сложността на моделите 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 Земан се използва не само в спектроскопията за изследване на фината структура на материята, но и в устройства за квантова електроника, за измерване на магнитни полета в лабораторни условия, както и магнитни полета на космически обекти.

Откриването на този ефект играе важна роля в развитието на атомната теория. Той показа, че излъчването на светлина от атом е свързано с движението на неговите електрони, а по-късно направи възможно да се провери подробно и с висока точност правилността на квантовата механика - основата на съвременната атомна теория.

<== предишна статия | следваща статия ==>





Прочетете също:

Ефект на квантовия хол

Физически особености на прехода от микро към наноустройства

Сензори, използващи химични и биологични процеси на повърхността на конзола

Теоретичната основа за изграждането и функционирането на изкуствени невроноподобни устройства

Устройството и принципът на работа на микроскоп с атомна сила

Микроскоп с хелиев йон

Устройството на сканиращ SQUID микроскоп

Методи за изследване на наноматериалите и наноструктурите

Режими на работа на сканиращи сонди микроскопи

Теория на хаоса

Приложения на свръхпроводници в измервателната технология

Метод Лауе

Принципи на конструкция, структура и режими на работа на осцилаторните системи с редовна динамика

Обратно към съдържанието: Съвременни фундаментални и приложни изследвания в инструменталната техника

Преглеждания: 4909

11.45.9.189 © ailback.ru Той не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно използване. Има ли нарушение на авторски права? Пишете ни | Обратна връзка .