2020-10-12
229
В 1896 г. Питер Зееман обнаружил расщепление спектральных линий пламени щелочных металлов, когда пламя помещалось между полюсами мощного магнита.
В поперечном магнитном поле синглетные спектральные линии расщепляются на три компоненты
Средняя линия имеет исходную частоту 
, и плоскость поляризации, перпендикулярную направлению магнитного поля (
- компонента). Две другие линии имеют плоскость поляризации, параллельную вектору магнитной индукции, и смещены относительно исходной частоты на величину 
(
) - это 
- компоненты спектральных линий.
Зеемановское расщепление уровней объясняется тем, что атом, обладающий магнитным моментом 
, приобретает в магнитном поле дополнительную энергию
,
где 
- проекция магнитного момента атома на направление магнитного поля.
Модуль полного магнитного момента атома
Проекция его на направление магнитного поля 
(
).
Дополнительная энергия
.
Квантовое число 
может принимать 
значений.
Энергетический уровень, отвечающий определенному состоянию атома, расщепляется на 
равноотстоящих подуровня.
|
|
|
Величина расщепления зависит от квантовых чисел 
, 
и 
.
Магнитное поле снимает вырождение по 
.
Спектральные линии, не имеющие тонкой структуры (синглетный спектр): 
, фактор Ланде 
изменение энергии 
(
).
Расщепление уровней спектральных линий для переходов с 
на 
и для переходов с 
на 
.
 |
При переходах должны выполняться правила отбора
, 
, 
.
Компоненты, соответствующие переходам с 
, называются 
- компонентами, а 
- 
- компонентами. Такое расщепление называется нормальным эффектом Зеемана, который наблюдается только в слабых магнитных полях у веществ, имеющих синглетный спектр.
Сложный (аномальный) эффект Зеемана наблюдается у веществ с мультиплетным спектром в слабых магнитных полях. Это явление объясняется зависимостью величины расщепления уровней от множителя Ланде, который, в свою очередь, определяется спином электрона и собственным магнитным моментом электрона.
Пример: расщепление натриевого дублета, обусловленного переходами 
и 
.
 |
В магнитном поле
-дублет натрия расщепляется на 10 линий.
Для 
(
, 
, 
, 
) фактор Ланде 
.
Уровень в магнитном поле расщепляется на два уровня с
.
Для 
(
, 
, 
, 
) 
,
Уровень в магнитном поле расщепляется на два
(
).
Для 
(
, 
, 
, 
) (
) расщепляется на четыре компоненты.
В сильных магнитных полях у веществ, имеющих мультиплетный спектр, аномальный эффект Зеемана переходит в нормальный, так как в сильных магнитных полях энергия взаимодействия магнитного поля 
с собственным магнитным моментом атома 
становится больше энергии спин-орбитального взаимодействия. Связь 
и 
разрывается, и каждый из них самостоятельно прецессирует относительно 
. В этом случае нельзя говорить о полном моменте атома. Например, в Na состояния 
и 
уже не отличаются по энергии, а представляют собой два одинаковых состояния (
) с независимо направленным спином электрона. Величина расщепления уровня в магнитном поле определяется по формуле
|
|
|
.
В результате получается нормальный зеемановский триплет. Такое явление называется эффектом Пашена-Бака.
|
|
