нижнее белье для полных
მედიცინის კვლევები

   Велика Радянська Енциклопедія

Зеемана ефект

   
 

Зеемана ефект, розщеплення спектральних ліній під дією магнітного поля. Відкрито в 1896 П. Зеєманом при дослідженні свічення парів натрію в магнітному полі. Для спостереження З. е.. джерело світла, що випускає лінійчатий спектр, розташовується між полюсами потужного електромагніту ( рис. 1 ). При цьому кожна спектральна лінія розщеплюється на кілька складових. Розщеплення досить незначно (для магнітних полів ~ 20 ке становить кілька десятих ), тому для спостереження З. е.. застосовують спектральні прилади з високою роздільною здатністю.

Всі компоненти зєємановського розщеплювання поляризовані (див. Поляризація світла ). Картина розщеплення і поляризація компонент залежать від напрямку спостереження. У найпростішому випадку в напрямку, перпендикулярному напрямку магнітного поля (поперечний З. е..), Виявляються ( рис. 2 ) 3 лінії: несмещенная p-компонента, поляризована по напряму поля, і 2 симетрично по відношенню до неї розташовані s-компоненти, поляризовані перпендикулярно полю. При спостереженні в напрямку поля (подовжній З. е..) Залишаються тільки s-компоненти, поляризовані в цьому випадку по колу.

Перше пояснення З. е.. дав Г. Лоренц в 1897. Він розглядав електрон в атомі як гармонійний осцилятор частоти випромінюючий в відсутність зовнішнього поля спектральну лінію цієї частоти. В однорідному зовнішньому магнітному полі Н рух лінійно коливного електрона можна розкласти на лінійне вагання уздовж напрямку поля і два кругових коливання (з протилежними напрямками обертання) в площині, перпендикулярній Н ( рис. 3 ). На лінійне вагання поле Н не діє, і його частота залишається рівною v0; частоти кругових складових змінюються, т.к. електрон в магнітному полі отримує доповнить. обертання навколо напрямку магнітного поля з частотою D v = 1/4 p ( e / m e) Н, де е / м е - відношення заряду електрона до його маси (див. Лармора прецессия ). Частоти цих коливань стають рівними v1 = v0 + D v и v2 =vo - D v. Т. о., атом в магнітному поле випускає 3 лінії з частотами v0, v1 и v2 (зєємановський триплет). Така картина розщеплення - простий (або нормальний) З. е.. - виходить тільки для одиночних спектральних ліній (див. Атомні спектри ), а також в граничному випадку дуже сильних магнітних полів (ефект Пашена - Бака). Як правило, спостерігається більш складна картина: спектральна лінія розщеплюється на більше число компонент з різними значеннями D v - складний (або аномальний) З. е..; виходить спектральна група рівновіддалених p-компонент і дві симетрично від неї розташовані групи рівновіддалених s-компонент.

Повне пояснення З. е.. дає квантова теорія. Квантова система, наприклад атом, володіє магнітним моментом m, який пов'язаний з механічним моментом кількості руху М і може орієнтуватися в магнітному полі тільки певним чином. Число можливих орієнтацій m одно ступеня виродження рівня енергії (див. Виродження ), тобто числу можливих станів атома з даною енергією Є. У магнітному полі кожної орієнтації m відповідає своя додаткова енергія D Є. Це призводить до зняття виродження - рівень розщеплюється.

Додаткова енергія D E пропорційна величині напруженості поля Н:

? E =-m HH,

де m H - проекція m на напрям поля Н. У магнітному полі m H приймає дискретні значення, рівні - gmБ m, де g - Ланде множник , m Б - магнетон Бора, m - магнітне квантове число (m = J; J- 1, ... -J, де J - квантове число, що визначає можливі значення М; см. Квантові числа ). В результаті додаткова енергія

DEm =-m HH = gmБ НЇm

різна для різних магнітних квантових чисел і рівень енергії Е розщеплюється на 2 J + 1 рівновіддалених зєємановських підрівнів. Відстань між сусідніми підрівнями Em иЕ m +1 одно:

d = D E m +1 -D Em = gmБН = gDE0

де D Е0 = m Б Н - величина т. н. нормального розщеплення.

Якщо для рівнів E1 и E2, між якими відбувається квантовий перехід, g1 = g2, то розщеплення спектральної лінії в магнітному полі являє собою зєємановський триплет. Якщо g1 ? g2, виходить складний З. е..

Дослідження картини З. е.. Дозволяє визначати характеристики рівнів енергії різних атомів. Поряд з квантовими переходами між зєємановськимі подуровнями різних рівнів енергії (З. е.. на спектральних лініях) можна спостерігати магнітні квантові переходи між зєємановськимі подуровнями одного і того ж рівня. Такі переходи відбуваються під дією випромінювання частоти

(h - Планка постійна ). У звичайних магнітних полях частоти таких переходів відповідають СВЧ-діапазону. Це призводить до виборчого поглинання радіохвиль, яке можна спостерігати в парамагнітних речовинах, поміщених в постійне магнітне поле (див. Магнітний резонанс , Квантовий підсилювач , Електронний парамагнітний резонанс ).

З. е.. спостерігається і в молекулярних спектрах, проте розшифрувати такі спектри значно важче, ніж атомні. Крім того, спостереження З. е.. в молекулярних спектрах представляє великі експериментальні труднощі через складність картини розщеплення і перекриття молекулярних спектральних смуг. З. е.. можна спостерігати також і в спектрах кристалів (зазвичай в спектрах поглинання).

З. е.. застосовується не тільки в спектроскопії для дослідження тонкої структури речовини, але і в пристроях квантової електроніки і для вимірювання магнітних полів в лабораторних умовах і магнітних полів космічних об'єктів.


Літ.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 видавництва., М., 1957 (Загальний курс фізики, т. 3); Ельяшевіч М. А., Атомна і молекулярна спектроскопія, М., 1962; Герцберг Г., Спектри і будова двоатомних молекул, пер. з англ., М., 1949.

© М. А. Ельяшевіч.





Виберіть першу букву в назві статті:

а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я

Повний політерний каталог статей


 

Алфавітний каталог статей

  а б в г д е ё ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ы э ю я
 


 
енциклопедія  біляші  морс  шашлик  качка