Efekt Zeemana

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Rozszczepienie linii sodu[1].
Schemat poziomów energii i możliwych przejść dla dubletu p-s, z lewej bez pola magnetycznego, z prawej w polu magnetycznym

Efekt Zeemanazjawisko fizyczne, które polega na rozszczepieniu obserwowanych linii spektralnych na składowe, gdy próbka emitująca promieniowanie zostaje umieszczona w polu magnetycznym.

Historia[edytuj | edytuj kod]

Efekt Zeemana po raz pierwszy został zaobserwowany przez holenderskiego fizyka Pietera Zeemana w 1896, który badał za pomocą spektrografu żółte linie D pochodzące od płomienia sodowego umieszczonego między biegunami silnego magnesu trwałego. W roku 1902 za powyższe osiągnięcie został uhonorowany Nagrodą Nobla.

Wyjaśnienie[edytuj | edytuj kod]

Większość poziomów energetycznych w atomach i cząsteczkach jest zdegenerowana ze względu na energię – oznacza to, że istnieje kilka poziomów o tej samej energii. Ponieważ promieniowanie emitowane przez pobudzony atom powstaje w trakcie przejścia elektronu z poziomu o wyższej energii na poziom o niższej energii, zdarza się więc, że wyemitowany foton ma tę samą energię, choć pochodził z przejść między różnymi poziomami i da wkład do tej samej linii spektralnej.

To co odróżnia zdegenerowane poziomy, to inne wielkości fizyczne charakteryzujące elektron w atomieorbitalny moment pędu, spin, itd. Obecność zewnętrznego pola magnetycznego może znieść degenerację, ponieważ pole fizyczne oddziałuje w różny sposób z elektronami, o różnym momencie magnetycznym (suma orbitalnego momentu magnetycznego i spinu). Następuje wtedy rozsunięcie się poziomów energetycznych, a dzięki temu pojawiają się nowe wartości dozwolonych przejść elektronowych. W konsekwencji w obserwowanym obrazie promieniowania emitowanego w trakcie przejść elektronowych w miejsce jednej linii pojawia się kilka blisko siebie położonych linii spektralnych.

Wyróżnia się dwa rodzaje efektu Zeemana:

  • normalny gdy wartość rozszczepienia poziomów może zostać obliczona na podstawie wzoru półklasycznego (czyli takiego, jaki wyprowadzono po odkryciu efektu Zeemana, ale jeszcze przed odkryciem spinu). Można go zaobserwować gdy spin walencyjnej powłoki atomowej jest równy zero. Zmianę energii atomu po umieszczeniu go w zewnętrznym polu magnetycznym wyraża wzór
 \Delta E = m_J B \mu_B\,

gdzie:

mJliczba kwantowa rzutu momentu magnetycznego,
Bindukcja magnetyczna,
{\mu}_B = {e\hbar} / {2m_0}magneton Bohra.

Efekt ten został wyjaśniony na gruncie fizyki klasycznej przez Lorentza.

  • anomalny, gdy spin walencyjnej powłoki atomowej jest różny od zera. Wówczas zmiana energii opisana jest wzorem
 \Delta E = m_J B \mu_B g\,

gdzie

 g =  1+ \frac{J(J+1)+S(S+1)-L(L+1)}{2J(J+1)} czynnik Landégo,
J, S, L – odpowiednio liczby kwantowe całkowitego momentu pędu, spinu i orbitalnego momentu pędu.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. The Effect of Magnetisation on the Nature of Light Emitted by a Substance. P. Zeeman; Nature, vol. 55, 11 February 1897, pg. 347

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • P.Zeeman, Phil.Mag. 43, 226 (1897)

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]