|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Зеемана эффект |
 | |
Анимация
Описание
Зеемана эффект, расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других систем в магнитном поле. Под действием магнитного поля уровни энергии расщепляются на зеемановские подуровни; при переходах между подуровнями уровней ei и ek вместо одной спектральной линии появляется несколько поляризованных компонент. Для одиночных спектральных линий в направлении, перпендикулярном направлению напряженности магнитного поля Н, наблюдается зеемановский триплет - несмещенная относительно первичной линии p-компонента, поляризованная в направлении Н, и две симметричные относительно нее s-компоненты, поляризованные перпендикулярно Н (простой, или нормальный, Зеемана эффект, рис. 1).
Простой эффект Зеемана
Рис. 1
а - без поля (n0 - частота, соответствующая исследуемой неполяризованной спектральной линии);
b - зеемановский триплет (направление наблюдения перпендикулярно полю);
c - s- компоненты (при наблюдении вдоль поля).
Стрелками показано направление поляризации n1 и n2 - частоты s-компонент.
Для дублетов и мультиплетов высших порядков наблюдается сложная картина расщепления: появляется несколько равноотстоящих друг от друга p-компонент и две симметричные относительно них группы s-компонент (аномальный, или сложный Зеемана эффект).
Величина расщепления пропорциональна Н и относительно мала (для Н~20 кЭ она порядка десятых долей ангстрема). В сильных магнитных полях (полях, вызывающих расщепление порядка мультиплетного и выше) вместо сложного Зеемана эффекта наблюдается зеемановский триплет (Пашена-Бака эффект).
Зеемана эффект обусловлен наличием у квантовой системы (например, атома) магнитного момента m, который связан с механическим моментом М атома и может ориентироваться в пространстве лишь определенным образом. Число возможных ориентаций момента m равно степени вырождения уровня энергии. Каждой проекции mH магнитного момента m на направление Н, соответствует дополнительная энергия, De= - mHH, что приводит к снятию вырождения, уровень расщепляется, т.к. mH принимает значение:
mH = - gmБm,
где g - множитель;
mБ - магнетон Бора;
m - магнитное квантовое число.
При этом значения De = gmБHm для разных m различны.
Расстояние между соседними подуровнями:
d = gmБH = nDe0,
где De = mБH - величина нормального расщепления.
Если для уровней ei и ek расщепление одинаково gi = gk, то наблюдается зеемановский триплет, если gi №gk, - сложный Зеемана эффект.
Исследование картины зеемановского расщепления важно для изучения тонкой структуры атомов и других атомных систем. Наряду с квантовыми переходами между зеемановкими подуровнями, принадлежащими различным уровням энергии (Зеемана эффект на спектральных линях), можно наблюдать магнитные квантовые переходы между подуровнями одного уровня энергии. Такие переходы происходят под действием излучения с частотами:
,
где h - постоянная Планка, лежащими, как правило, в СВЧ диапазоне электромагнитных волн.
Это приводит к эффекту избирательного поглощения радиоволн в парамагнитных веществах, помещенных в магнитное поле, - к электронному парамагнитному резонансу. На основе этого эффекта созданы устройства квантовой электроники, в том числе приборы для прецизионного измерения слабых полей (квантовые магнетометры).
Зеемана эффект наблюдается в молекулярных спектрах, однако его наблюдение и расшифровка представляют большие трудности вследствие сложной картины расщепления и перекрытия в них спектральных полос. Зеемана эффект можно наблюдать в спектрах кристаллов (обычно в спектрах поглощения).
Ключевые слова
Разделы наук
Атомная физика, излучение и поглощение энергии атомами и молекулами
Поляризация светаМагнитная поляризация вещества
Магнитное поле
Применение эффекта
Зеемана эффект применяется в спектроскопии и в устройствах квантовой электроники, в частности, для измерения напряженностей слабых магнитных полей в лабораторных условиях и в космосе.
Реализации эффекта
Техническая реализация Зеемана эффекта
Наблюдение эффекта Зеемана осуществляется, как правило, по спектру поглощения света в изотропном веществе в присутствии магнитного поля. Схема соответствующей установки представлена на рис. 2.
Схема наблюдения эффекта Зеемана
Рис. 2
Обозначения:
1 - источник излучения;
2 - полюсы магнита;
3 - линза;
4 - поляроид;
5 - пластинка в 1/4 длины волны l;
6 - спектрометр;
7 - p-компонента || H;
8 - s-компонента ^ H .
При этом для компоненты поляризации, параллельной магнитному полю (p-компонента) линия не расщепляется, а для компоненты поляризации, перпендикулярной магнитному полю (s-компонента) линия расщепляется в триплет (см. рис. 2).
Литература
1. Физика. Большой энциклопедический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.- C.90, 460.
2. Новый политехнический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 2000.- C.20, 231, 460.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |