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 Zeemana -
zjawisko fizyczne
, które polega na rozszczepieniu obserwowanych
linii spektralnych
na składowe, gdy próbka emitująca
promieniowanie
zostaje umieszczona w
polu magnetycznym
.
Historia
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
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
atomie
–
orbitalny 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
gdzie:
- mJ –
liczba kwantowa
rzutu momentu magnetycznego,
- B –
indukcja magnetyczna
,
- –
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
gdzie
- –
czynnik Landégo
,
- J, S, L – odpowiednio
liczby kwantowe
całkowitego
momentu pędu
,
spinu
i orbitalnego momentu pędu.
Zobacz też
Przypisy
- ↑ The Effect of Magnetisation on the Nature of Light Emitted by a Substance. P. Zeeman; Nature, vol. 55, 11 February 1897, pg. 347
Bibliografia
- P.Zeeman, Phil.Mag. 43, 226 (1897)
Linki zewnętrzne