134



12. ЗЕЕМАН ЭФФЕКТІ
12.1. Жұмыстың мақсаты:кадмий бар спектрлік шамның сызықтарының магнит өрісінде жіктелуін зерттеу.Бор магнетонын мәнін анықтау.
12.2. Теориялық кіріспе

Егер жарық көзін магнит өрісіне орналастырса, онда осы жарық көзі шығаратын жарықтың спектрі өзгереді: әрбір спектрлік сызық бірнеше құраушыға жіктеледі. Осы құбылыс Зееман эффекті деп аталады (1896 жыл). Жіктелген спектрлік сызықтың құраушы санына байланысты Зееман эффекті қарапайым (қалыпты) және күрделі (аномаль) Зееман эффектілері болып бөлінеді. Сыртқы магнит өрісі бағыты бойымен бақылағанда спектрлік сызықтардың жіктелу көрінісі Зееман бойлық эффекті деп, ал өріске перпендикуляр бағыт үшін-көлденең Зееман эффекті деп аталады. Қарапайым Зееман эффектінде индукциясы магнит өрісінде егер бақылау магнит өрісінің күш сызықтары бойымен бақылағанда, спектрлік сызық бір-бірінен қашықтықта болатын екі құраушыға жіктеледі, немесе құраушылардың аралығы болатын үш құраушыға жіктеледі, егер бақылау магнит өрісінің күш сызықтарына перпендикуляр бағытта жүргізілсе.Спектрлік сызықтардың магнит өрісінде жіктелуі осы шарттарды қанағаттандырмайтын жағдайларда (мысалы, жіктелеген құраушылар саны көп, немесе, құраушылардың ара қашықтығы басқаша болатын) күрделі Зееман эффекті болады.

З
135
ееман эффектінің теориясына сәйкес қарапайым Зееман эффекті екі синглет термдер арасындағы кванттық ауысулар нәтижесінде алынатын спектрлік сызықтар үшін байқалады да, ал басқа жағдайларда күрделі Зееман эффекті орын алады. Осы жұмыста екі валенттік электроны бар атомдардың спектрлік сызықтарының зеемандық жіктелуі зерттеледі. Осы элементтердің атомдарында екі валенттік электрондары бар, демек, бұлардың термдерінің екі мультиплеттігі-синглеттік жіне триплеттік термдері болады. Сондықтан кадмидың (немесе ) бір сызықтары (синглеттер) қарапайым зеемандық жіктеледі, ал басқа сызықтары (триплеттер) күрделі зеемандық жіктеледі. Спектрлік сызықтардың зеемандық жіктелген құраушылары полязирацияланған болады. Сонда магниттік саны өзгермейтін кванттық ауысуларға сәйкес зеемандық құраушылар сызықтық поляризацияланған болады. Сызықтың осындай құраушылары –құраушылар деп аталады. кванттық ауысуларына сәйкес құраушылар дөңгелек бойынша поляризацияланған болады. Бұларды –құраушылар деп атайды. Бұларда жарық толқынының электрлік векторы бағытына перпендикуляр жазықтықта дөңгелек тербелістер жасайды. Ал –құраушыларда электрлік вектор бағытына параллель сызықтық тербелістер жасайды.

---

Сыртқы магнит өрісінде спектрлік сызықтардың бірнеше құраушыға жіктелуі магнит өрісінің атомдарға әсер етуінен бұлардың энергетикалық деңгейлерінің жіктелуінен болады.

Деңгейлердің (термдердің) зеемандық жіктелуі былай түсіндіріледі. магниттік моменті бар атом магнит өрісінде

(12.1)

қосымша энергия қабылдайды, мұндағы –магниттік моменттің өріс бағытына проекциясы.

Атомның магниттік моменті және оның өріс бағытына проекциясы мына формулалармен анықталады (квантмеханикалық есептеулер бойынша)
(12.2)

(12.3)

мұндағы

(12.4)
-Ланде факторы (көбейткіші), – Бор магнетоны.

(12.3) өрнекті (12.1)-ге қойып, мына өрнекті аламыз

, (12.5)
Осы формуладан терміне сай энергетикалық деңгей бір-бірінен бірдей қашықтықта орналасқан деңгейшелерге жіктелетіндігі көрінеді, және де жіктелу шамасы Ланде көбейткішіне, яғни берілген деңгейдің кванттық сандарына тәуелді болады.

Өріс жоқ жағдайда кванттық сан мәндері әр түрлі күйлердің энергиялары бірдей, яғни кванттық саны бойынша азғындалу болады. Магнит өрісі

---

бойынша азғындалуды жояды.

1
136
. Алдымен нәзік түзілісі жоқ спектрлік сызықтардың (синглеттер) зеемандық жіктелуін қарастырайық. Осындай сызықтар болатын деңгейлер арасындағы кванттық ауысулар жағдайында пайда болады. Осындай деңгейлер үшін . Демек, (12.5) формула мына түрге келеді

, (12.6)

.



Сурет 12.1 Магнит өрісінде және деңгейлерінің жіктелуі және бұлардың араларындағы рұқсат етілген ауысулар
12.1-суретте және күйлері ( ауысуы үшін) арасындағы ауысу үшін деңгейлердің және спектрлік сызықтардың жіктелуі көрсетілген. өріс жоқта жиілігі бір сызық бақыланады. Өріс қосылғанда сызықтан басқа оған қатысты симметриялы орналасқан жиіліктері және екі сызық пайда болады. 12.2-суретте күрделірек жағдай – ауысуы үшін деңгейлер мен спектрлік сызықтардың жіктелуі берілген. Осы жағдайда бастапқы сызық жеті құрақшыға жіктелуі тиіс сияқты. Бірақта жағдайдағыдай тек үш құраушы: жиілігі сызық және оған симметриялы орналасқан жиіліктері ,

---

екі сызық алынады. Бұл магниттік кванттық саны үшін сұрыптау ережесінің болуымен түсіндіріледі. Осы ережеге сәйкес өзгеріссіз қалатын немесе бірге өзгеретін кванттық ауысулар ғана мүмкін болады:


137
1 (12.7)



Сурет 12.2 және деңгейлерінің магнит өрісінде жіктелуі

және бұлардың аралығындағы кванттық ауысылуы.
Осы ережеге сәйкес 12.2-суретте келтірілген ауысулар ғана мүмкін болады. Осының нәтижесінде 12.1-суретте кесінделген жағдайдағыдай сондай жиіліктері бар үш құраушы алынады.

Қарастырылған жағдайларда алынған құраушылардың ығысуы қалыпты немесе лоренцтік ығысу деп аталады. (6) формулаға сәйкес осы ығысу мынаған тең:
. (12.8)
Сонымен қарапайым Зееман эффекті бастапқы сызықтардың нәзік құрылымы болмаған жағдайда, яғни синглеттер болғанда бақыланады. Нәзік құрылымы бар сызықтарда құраушылар саны үштен көп болады, ал жіктелу шамасы қалыпты ығысудан рационалдық бөлшек құрайды:
, (12.9)
мұндағы және –үлкен емес бүтін сандар.

2
138
. Енді цинктың көк триплетінің бір сызығы- сызығының зеемандық жіктелуін қарастырайық.

Индукциясы магнит өрісіне орналастырылған атомның энергиясы
(12.10)

мұндағы (12.5)-атомның магниттік моментінің магнитөрісімен әсерлесу энергиясы; -атомның

---

жағдайындағы энергиясы, -Ланде көбейткіші; -Бор магнетоны.

-күйі үшін: .

-күйі үшін: .

(12.10) және (12.5) өрнектерінен атомның осы деңгейлерінің әрқайсысы магнит өрісінде үш деңгейшеге жіктелетіндігі келіп шығады (12.3-сурет).



Сурет 12.3 Магнит өрісінде және деңгейлерінің магнит

өрісінде жіктелуі және бұлардың араларындағы кванттық ауысулар.


139



магниттік кванттық саны үшін ( -құраушылар) ( -құраушылар) сұрыптау ережесіне сәйкес сызығы магнит өрісінде алты құраушыға жіктеледі (12.3-сурет). Әрқайсысы мәнімен сипатталатын деңгейшелер араларында кванттық ауысуға тыйым салынған, өйткені осы жағдайда бірдей

Жіктелу шамасы мына жалпы қатынаспен анықталады:





Осыдан

, (12.11)
(12.12)

мұндағы
, –Лоренцтік ығысу,

---

Смотрите также файлы

• ылыми білімдерді дамуы iv н. Коперник арыш лемі туралы діни кзараса кйрете соы берген Польшаны алымы.docx

• 4. техника ауіпсіздік алындатышты жндеу кезіндегі техника кауіпсіздігі.docx

• Перечислите статьи Гражданского кодекса Российской Федерации, устанавливающие специальные сроки исковой давности и укажите, к каким требованиям они применяются.docx

• Открытый социальноэкономический колледж Программа среднего профессионального образования 44.docx

• Практическая работа 5 Нормализация отношений Цель приобрести практические навыки проведения нормализации отношений. Задание.docx