Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
"Сибирский федеральный университет"
Институт инженерной физики и радиоэлектроники
Кафедра общей физики
Эффект Зеемана
А.В. Кобяков - преподаватель
Е.О. Козлова - студент: ЦМ19-01Б, №061941604
Цель работы: исследование расщепления спектральных линий в магнитном поле и определение спектроскопическим методом отношения заряда электрона к его массе и напряженности магнитного поля.
Оборудование:
Спектральная кадмиевая лампа ДКдС-20, электромагнит, линзы, анализатор, красный и ИК-светофильтры, интерферометр Фабри-Перо, объектив Юпитер-12, ПЗС-матрица, программа управления и измерения Grab&Check.
База интерферометра Фабри-Перо L=1.55 мм
Переводной коэффициент k=0.07 Тл/А
Фокусное расстояние объектива Юпитер-12 f=35.3 см
Теоретическая часть:
Эффект Зеемана - это расщепление линий атомных спектров в магнитном поле.
Продольный - наблюдается расщепление спектральных линий вдоль направления внешнего магнитного поля.
Поперечный - наблюдается расщепление спектральных линий перпендикулярно направления внешнего магнитного поля.
В простом эффекте наблюдается расщепление на 3 линии, в сложном на больше, чем 3 линии.
Простой эффект Зеемана. В случае простого эффекта Зеемана число компонент расщепления, смещение частот спектральных линий и характер поляризации излучения достаточно полно объясняются с помощью классической электронной теории Лоренца. В теории излучение монохроматического света рассматривается как результат движения электрона по простому гармоническому закону, т. е. под действием квазиупругой силы, а изменение излучения под действием магнитного поля ? как следствие изменения характера движения электрона из-за появления добавочной силы магнитного воздействия на движущийся электрон.
магнитный поле спектральный
Все перечисленные выше явления можно легко объяснить, основываясь на принципах квантовой механики. Для этого надо найти новые энергетические уровни, которые появляются за счет приобретения атомом дополнительной энергии UH. В слабом магнитном поле они возникают при расщеплении уровней тонкой структуры
где ЕnL -- значение энергетических уровней без учета спин-орбитального взаимодействия, -- величина энергии спин-орбитального взаимодействия, а в сильном магнитном поле -- при расщеплении термов ЕnL.
- это фактор Ланде.
Фактор Ланде входит в магнитомеханическое (гиромагнитное) отношение - соотношение между дипольным магнитным моментом элементарной частицы (или системы) и ее механическим моментом. Множитель Ланде есть число, которое определяется углом между векторами магнитного момента и механического момента системы электронов атома.
В магнитном поле снимается вырождение атомных термов ЕnLпо квантовым числам ML и MS и образуются дополнительные подуровни. Такой распад энергетических уровней объясняет эффект Пашена -- Бака.
Примером проявления этого эффекта может служить спектральная линия атома натрия Na, появляющаяся при квантовом переходе 32Р>32S между термами ЕnL. Согласно правилу отбора для квантовых чисел в сильном магнитном поле вместо одной линии возникнут три линии.
Рис.1
Практическая часть:
1. Измерили диаметры расщепления колец линий Cd для первого порядка интерференции.
Таблица 1. Значения диаметров расщепления колец линий Cd при данных значениях тока.
|
I, A |
D_внеш, мм |
D_внутр, мм |
|
|
3 |
0,805 |
0,71 |
|
|
3,2 |
0,811 |
0,71 |
|
|
3,4 |
0,823 |
0,716 |
|
|
3,6 |
0,823 |
0,722 |
|
|
3,8 |
0,829 |
0,71 |
|
|
4 |
0,823 |
0,71 |
|
|
4,2 |
0,823 |
0,71 |
|
|
4,4 |
0,835 |
0,699 |
|
|
4,6 |
0,835 |
0,71 |
|
|
4,8 |
0,847 |
0,693 |
По найденным диаметрам рассчитали расщепление Дл:
= 1,05*
= 1,18*
= 1,18*
= 1,26*
= 1,38*
= 1,45*
= 1,51*
= 1,44*
= 1,73*
2. Определили удельный заряд электрона на основе линейной зависимости расщепления спектральной линии Дл от величины приложенного магнитного поля, используя теорию Лоренца, оценили её погрешность и сравнили с теоретическим значением.
= (3,65±0,149)*
Выводы
1. Исследовали расщепления спектральных линий в магнитном поле.
2. Определили спектроскопическим методом отношения заряда электрона к его массе и напряженности магнитного поля.
3. Измерили диаметры расщепления колец линий Cd для первого порядка интерференции.
4. По найденным диаметрам рассчитали расщепление Дл, которые составили:
= 1,05*м
= 1,18*м
= 1,18*м
= 1,26*м
= 1,38*м
= 1,45*м
= 1,51*м
= 1,44*м
= 1,73*м
5. Определили удельный заряд электрона, который составил
= (3,65±0,149)*