атом в магнитном поле эффект зеемана
Эффекты Зеемана
Эффект Зеемана представляет собой явление расщепления спектральных линий в результате воздействия на излучающее вещество внешнего магнитного поля. Наблюдаемый в спектрах поглощения эффект Зеемана называется обратным. Все его закономерности аналогичны закономерностям в прямом эффекте, происходящем в линиях излучения.
Рассматриваемое явление было в 1896 году открыто нидерландским физиком П. Зееманом в процессе лабораторных исследований, относящихся к свечению паров натрия.
Распределение интенсивности в наблюдаемой системе компонентов становится сложным.
Первым ученым, объясняющим эффект Зеемана был нидерландский физик Х. Лоренц. Сделал это ученый в 1897 году в рамках классической теории, согласно которой движение электрона в атоме определяется в виде гармонии, то есть колебания линейного осциллятора. Согласно данной теории спектральная линия в условиях поперечного эффекта Зеемана расщепляется на три компонента. Такое явление было названо нормальным эффектом Зеемана, расщепление же линии на большее число компонентов определили как аномальное эффект Зеемана.
Однако, в большей части случаев наблюдается как раз аномальный эффект. Исключением могут считаться переходы между синглетными уровнями, а кроме них случаи сильного магнитного поля (смотрите ниже).
Полное объяснение эффекта Зеемана было получено на основе квантовой теории. Уровни энергии атома в магнитном поле претерпевают процесс расщепления на подуровни. Квантовые переходы между подуровнями пары уровней формируют компоненты спектральной линии. Механический момент количества движения J характеризует любой из энергетических уровней атома. Расщепление уровней основывается на том факте, что механический и магнитный моменты связаны друг с другом.
Механический момент атома суммируется из орбитального момента L и спинового момента S :
На рисунке 3 проиллюстрированы примеры зеемановского расщепления некоторых уровней.
Эффект Зеемана
Долгая традиция изучения влияния магнитного поля на свет, испускаемый атомами, восходит к Майклу Фарадею. Сегодня неизбежность существования эффектов подобного влияния кажется нам очевидной, поскольку мы знаем, что электроны и другие атомы обладают спином, то есть ведут себя подобно микроскопическим электрически заряженным волчкам, образующим вокруг себя магнитное поле, и, по сути, представляют собой микроскопические магниты (см. Опыт Штерна—Герлаха). В конце XIX столетия, когда Питер Зееман решил провести серию опытов и проверить, обладают ли атомы магнитными свойствами, всё было, однако, далеко не столь очевидно. Ученый поместил крошечный образец натрия между полюсами регулируемого магнита и стал изучать влияние магнитного поля на спектральные линии излучения атомов натрия (см. Спектроскопия). Выяснилось, что при усилении магнитного поля спектральные линии в каждой группе частот размываются, то есть в них появляются новые частоты излучения. Так было впервые однозначно подтверждено существование эффекта, который впоследствии будет назван эффектом Зеемана.
Чтобы понять его природу, проще всего обратиться к модели атома Бора и задуматься о том, как именно испускается свет. Электрон совершает квантовый скачок с высшей орбиты на низшую (или, что то же самое, с высшего энергетического уровня на низший), испуская при этом фотон строго определенной частоты, соответствующей разности энергий между двумя энергетическими уровнями. Теперь, если предположить, что электрон в действительности представляет собой микроскопический магнит, а сам атом помещен во внешнее магнитное поле, энергия электрона будет зависеть от полярности его магнитного спина — если магнитное поле электрона на орбите однонаправлено внешнему магнитному полю, он обладает одной энергией, если же оно ориентировано в противоположном направлении, то другой. То есть электроны с противоположным магнитным спином, находящиеся на одной орбитали, будут обладать несколько различающимися энергиями, и каждый энергетический уровень окажется расщеплен на два близких подуровня. Соответственно, там, где раньше имелась единственная возможная энергия квантового перехода между двумя уровнями, теперь имеется четыре возможных энергии перехода. На спектре излучения это должно отразиться таким образом, что вместо одной четко выделенной спектральной линии (частоты излучения) в мощном магнитном поле появятся четыре близко расположенных равноудаленных спектральных линии (частоты).
В первоначальном опыте Зееману не удалось различить эти четыре спектральные линии, поскольку несовершенство спектроскопа и недостаточная мощность магнита приводили к тому, что вместо расщепления наблюдалось простое размытие спектральных линий. Однако позже ученому удалось усовершенствовать аппаратуру и выявить четыре отдельных спектральных линии на месте одной размытой, как это и предсказывала теория. Для этого потребовалось усилить магнитное поле, и Зееману даже удалось доказать, что расстояние между расщепленными линиями спектра напрямую зависит от напряженности магнитного поля.
Эффект Зеемана впоследствии нашел очень полезное применение в астрономии, поскольку по расщеплению линий в спектре излучения небесных тел можно судить о напряженности их магнитных полей. Например, именно по эффекту Зеемана астрофизикам удалось установить, что пятна на Солнце являются следствием возмущения мощных магнитных полей вблизи его поверхности — солнечных магнитных бурь.
Нидерландский физик. Родился в Зоннемайрe (Zonnemaire) в семье священника и всю жизнь провел на родине за исключением периода обучения в Лейденском университете. Завершив в Лейдене под научным руководством Хендрика Лоренца (Hendrick Lorenz, 1853–1928) работу по выявлению теоретически предсказанного Лоренцем расщепления спектров атомов в магнитном поле, в 1900 году занял кресло профессора физики Амстердамского университета и занимал его до выхода на пенсию. Прославился как искуснейший экспериментатор и конструктор измерительных приборов, обеспечивавших революционную по тем временам точность измерений. В 1902 году разделил с Лоренцем Нобелевскую премию по физике. В 1918 году дал экспериментальное подтверждение принципа эквивалентности гравитационной и инерциальной масс.
Зеемана эффект
Полезное
Смотреть что такое «Зеемана эффект» в других словарях:
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ — расщепление уровней энергии и спектр. линий атома и др. ат. систем в магн. поле. Открыт в 1896 голл. физиком П. Зееманом (P. Zeemaii) при исследовании свечения паров натрия в магн. поле. Под действием магн. поля уровни энергии расщепляются на… … Физическая энциклопедия
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ — ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ, расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Открыт голландским физиком П. Зееманом в 1896 … Современная энциклопедия
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ — расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Во внешнем магнитном поле атомная система, обладающая магнитным моментом, приобретает дополнительную энергию и ее уровни энергии и, следовательно,… … Большой Энциклопедический словарь
Зеемана эффект — ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ, расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Открыт голландским физиком П. Зееманом в 1896. … Иллюстрированный энциклопедический словарь
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ — расщепление линий атомных и молекулярных спектров под действием магнитного поля. Этот эффект сыграл важную роль в развитии атомной теории. Он показал, что испускание света атомом связано с движением его электронов, а позднее дал возможность… … Энциклопедия Кольера
Зеемана эффект — расщепление уровней энергии, а следовательно, и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Во внешнем магнитном поле атомная система, обладающая магнитным моментом μ, приобретает дополнительную энергию, зависящую от… … Энциклопедический словарь
Зеемана эффект — Эффект Зеемана расщепление линий атомных спектров в магнитном поле. Обнаружен в 1896 г. Зееманом для эмиссионных линий натрия. Эффект вызывается снятием вырождения в присутствии магнитного поля по магнитному квантовому числу ml для… … Википедия
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ — расщепление уровней энергии квантовой системы в магн. поле (снятие вырождения). Проявляется как расщепление спектральных линий атомов, молекул, кристаллов при квантовых переходах между возникшими подуровнями. Величина расщепления (расстояние… … Химическая энциклопедия
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ — расщепление уровней энергии, а следовательно, и спектральных линий атома и др. атомных систем в магн. ноле. Во внеш. магн. поле атомная система, обладающая магн. моментом ц, приобретает дополнит. энергию, зависящую от проекции м, на направление… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Зеемана явление — см. Зеемана эффект … Большая советская энциклопедия
24. Магнитный момент атома. Атом в магнитном поле. Эффект Зеемана.
Магнитный момент, основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Магнитным моментом обладают элементарные частицы, атомные ядра, электронные оболочки атомов и молекул. Магнитный момент элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и других), как показала квантовая механика, обусловлен существованием у них собственного механического момента — спина. Механический момент ядер складываются из собственных (спиновых) магнитных моментов, образующих эти ядра протонов и нейтронов, а также магнитный момент, связанных с их орбитальным движением внутри ядра. Магнитный момент электронных оболочек атомов и молекул складываются из спиновых и орбитальных магнитных моментов электронов.
При внесении атома в магнитное поле с индукцией B на электрон, движущийся по орбите, эквивалентной замкнутому контуру с током, действует момент сил M: 
, при этом изменяется орбитальный момент импульса электрона:
,
Эффектом Зеемана называют расщепление энергетических уровней атома под действием магнитного поля. Следствием расщепления уровней является расщепление спектральных линий в атомных спектрах излучения и поглощения.
25. Рентгеновское излучение. Тормозное и характеристическое излучение. Закон Мозли.
Рентгеновское излучение — электромагнитные волны, энергия фотонов которых лежит на энергетической шкале между ультрафиолетовым излучением и гамма-излучением, что соответствует длинам волн от 10−4 до 10² Å (от 10−14 до 10−8 м).
Тормозное излучение возникает при торможении электронов антикатодом рентгеновской трубки. Оно разлагается в сплошной спектр, имеющий резкую границу со стороны малых длин волн. Положение этой границы определяется энергией падающих на вещество электронов и не зависит от природы вещества.
Характеристические рентгеновские лучи образуются при выбивании электрона одного из внутренних слоёв атома с последующим переходом на освободившуюся орбиту электрона с какого-либо внешнего слоя. Они обладают линейчатым спектром, аналогичным оптическим спектрам газов.
26. Молекулы. Энергия молекул. Молекулярные спектры.
Молекула — частица, образованная двумя или большим количеством атомов, характеризующаяся определённым количеством входящих в неё атомных ядер и электронов, а также определённой структурой.
Энергия свободной молекулы состоит из энергии поступательного движения молекулы как единого целого, энергии колебания атомов внутри молекулы, энергии вращения целой молекулы и ее частей относительно друг друга, энергии электронного возбуждения молекулы (энергия движения электронов в молекуле) и внутриядерной энергии:
Е=Епост +Евр+Екол +Еэл +Еяд.
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ
Полезное
Смотреть что такое «ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ» в других словарях:
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ — расщепление уровней энергии и спектр. линий атома и др. ат. систем в магн. поле. Открыт в 1896 голл. физиком П. Зееманом (P. Zeemaii) при исследовании свечения паров натрия в магн. поле. Под действием магн. поля уровни энергии расщепляются на… … Физическая энциклопедия
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ — ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ, расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Открыт голландским физиком П. Зееманом в 1896 … Современная энциклопедия
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ — расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Во внешнем магнитном поле атомная система, обладающая магнитным моментом, приобретает дополнительную энергию и ее уровни энергии и, следовательно,… … Большой Энциклопедический словарь
Зеемана эффект — ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ, расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Открыт голландским физиком П. Зееманом в 1896. … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Зеемана эффект — расщепление спектральных линий под действием магнитного поля. Открыто в 1896 П. Зееманом при исследовании свечения паров натрия в магнитном поле. Для наблюдения З. э. источник света, испускающий линейчатый спектр, располагается между… … Большая советская энциклопедия
Зеемана эффект — расщепление уровней энергии, а следовательно, и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Во внешнем магнитном поле атомная система, обладающая магнитным моментом μ, приобретает дополнительную энергию, зависящую от… … Энциклопедический словарь
Зеемана эффект — Эффект Зеемана расщепление линий атомных спектров в магнитном поле. Обнаружен в 1896 г. Зееманом для эмиссионных линий натрия. Эффект вызывается снятием вырождения в присутствии магнитного поля по магнитному квантовому числу ml для… … Википедия
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ — расщепление уровней энергии квантовой системы в магн. поле (снятие вырождения). Проявляется как расщепление спектральных линий атомов, молекул, кристаллов при квантовых переходах между возникшими подуровнями. Величина расщепления (расстояние… … Химическая энциклопедия
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ — расщепление уровней энергии, а следовательно, и спектральных линий атома и др. атомных систем в магн. ноле. Во внеш. магн. поле атомная система, обладающая магн. моментом ц, приобретает дополнит. энергию, зависящую от проекции м, на направление… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Зеемана явление — см. Зеемана эффект … Большая советская энциклопедия