Normalny i anomalny efekt Zeemana
Zagadnienia do opracowania.
- Energia stanów stacjonarnych elektronów w atomach.
- Liczby kwantowe stanów stacjonarnych orbit elektronowych.
- Moment magnetyczny powłoki elektronowej atomu:
- orbitalny moment magnetyczny;
- spinowy moment magnetyczny.
- Atom w stałym polu magnetycznym:
- precesja Larmora;
- częstość precesji Larmora;
- czynnik Landego.
- Wpływ pola magnetycznego na funkcje falowe i poziomy energetyczne atomu.
- Normalny efekt Zeemana:
- zeemanowskie rozszczepienie poziomów singletowych;
- magneton Bohra;
- reguły wyboru dla ∆ML;
- wielkość rozszczepienia atomowych linii widmowych.
- Teoria Lorentza:
- składowe π i σ rozszczepienia zeemanowskiego linii singletowych;
- polaryzacja składowych π i σ;
- normalny tryplet Lorentza.
- Anomalny efekt Zeemana:
- rozszczepienie poziomów energetycznych w przypadku anomalnego efektu Zeemana;
- czynnik Landego.
- Układ pomiarowy do badania poprzecznego i podłużnego zjawiska Zeemana.
- Konstrukcja i zastosowanie interferometru Fabry’ego –Pérota.
- Definicja światła spolaryzowanego.
- Zmiana charakteru polaryzacji światła za pomocą ćwierćfalówki.
- Parametry filtrów interferencyjnych.
Zestaw przyrządów.
- Kamera CCD.
- 2 soczewki+50 mm.
- 1 soczewka+300 mm.
- Analizator.
- Interferometr Fabry’ego – Pérota (rozmiar etalonu 3∙10-3m).
- Filtr zielony (λ= 508 nm) w oprawie.
- Filtr czerwony (λ= 595 nm) w oprawie.
- Ćwierćfalówka.
- Lampa kadmowa.
- Elektromagnes.
- Zasilacz lampy kadmowej.
- Autotransformator.
- Obrotowy stolik.
- Kondensator o pojemności 22 mF.
- Miernik uniwersalny.
- Zestaw komputerowy z oprogramowaniem Motic Image Plus 2.0 ML.
Literatura.
- R. Eisberg, R. Resnick – „Fizyka kwantowa atomów, cząsteczek, ciał stałych, jąder i cząstek elementarnych”, PWN, Warszawa 1983.
- H.A. Enge, M.R. Wehr, J.A. Richards – „Wstęp do fizyki atomowej”, PWN, Warszawa 1983.
- Z. Leś – „Wstęp do spektroskopii atomowej”, PWN, Warszawa 1969.
- R.I. Sołouchin – „Optyka i fizyka atomowa”, PWN, Warszawa 1982.
- H. Haken, H.Ch. Wolf – „Atomy i kwanty. Wprowadzenie do współczesnej spektroskopii atomowej”, PWN, Warszawa 1997.
- D. Kunisz – „Fizyczne podstawy emisyjnej analizy widmowej”, PWN, Warszawa 1973.
- W.A. Shurcliff, S.S. Ballard – „Światło spolaryzowane”, PWN, Poznań 1968.
- A. Kopystyńska – „Wykłady z fizyki atomu”, PWN, Warszawa 1989.
- R.P. Feynman, R. Leighton, M. Sands – „Feynmana wykłady z fizyki”, T. II, cz.2; T.III., PWN, 2004.
- V. Acosta, C.L. Cowan, B.J. Graham – „Podstawy fizyki współczesnej”, PWN, Warszawa 1981.
- PHYWE “Laboratory Experiment Physics”, 5.1.10-05 Zeeman Effect, www.phywe.com.
- E.U. Condon & G.H. Shortley – “The Theory of Atomic Spectra”, Athenaeum Press Limited, Newcastle upon Tyne 1991.
- H.A. Enge, M.R. Wehr, J.A. Richards – “Introduction to Atomic Physics”, Addison-Wesley, Reading-Mass, 1981.
- W.A. Shurcliff, S.S. Ballard – “Polarized Light”, Princeton, N.Y. 1964.
- V. Acosta, C.L. Cowan, B.J. Graham – “Essentials of Modern Physics”, Harper & Row, N.Y. 1973.
- H. Haken, H.Ch. Wolf – “The Physics of Atoms and Quanta”, Springer, 2000.
- R.P. Feynman, R. Leighton, M. Sands – “The Feynman Lectures on Physics”, Vol. II, Part 2 & Vol.III., Addison – Wesley, 2005.
Normal and anomalous Zeeman effect
Background theory
- Energy levels of electrons in atoms.
- Quantum numbers of electron energy levels.
- Magnetic moment of the electron shell of an atom:
- orbital magnetic moment;
- spin magnetic moment.
- Atoms in a constant magnetic field:
- Larmor precession;
- Larmor precession frequency;
- Landé factor.
- Effect of a magnetic field on the wave functions and energy levels of an atom.
- Normal Zeeman effect:
- Zeeman singlet splitting;
- Bohr magneton;
- selection rules for ΔML;
- separation of Zeeman sublevels.
- Lorentz’s theory:
- and components of Zeeman singlet splitting;
- polarisation of and components;
- Lorentz triplet.
- Anomalous Zeeman effect:
- anomalous Zeeman effect energy level splitting;
- Landé factor.
- Experimental setup for the study of the transverse and longitudinal Zeeman effect.
- The construction and use of a Fabry – Pérot interferometer.
- Definition of polarised light.
- Using waveplates to change the polarisation of light.
- Interference filter parameters.
Apparatus
- CCD camera.
- 2 lenses +50 mm.
- 1 lens +300 mm.
- Analyser.
- Fabry – Pérot interferometer (etalon size 3∙10-3 m).
- Green filter (λ = 508 nm) in housing.
- Red filter (λ = 595 nm) in housing.
- Quarter-wave plate.
- Cadmium lamp.
- Electromagnet.
- Cadmium lamp power supply.
- Transformer.
- Swivel table.
- Capacitor with capacitance of 22 mF.
- Universal multimeter.
- Computer with Motic Image Plus 2.0 ML software program.
Literature
- PHYWE “Laboratory Experiment Physics”, 5.1.10-05 Zeeman Effect, www.phywe.com.
- E.U. Condon & G.H. Shortley – “The Theory of Atomic Spectra”, Athenaeum Press Limited, Newcastle upon Tyne 1991.
- H.A. Enge, M.R. Wehr, J.A. Richards – “Introduction to Atomic Physics”, Addison-Wesley, Reading-Mass, 1981.
- W.A. Shurcliff, S.S. Ballard – “Polarized Light”, Princeton, N.Y. 1964.
- V. Acosta, C.L. Cowan, B.J. Graham – “Essentials of Modern Physics”, Harper & Row, N.Y. 1973.
- H. Haken, H.Ch. Wolf – “The Physics of Atoms and Quanta”, Springer, 2000.
- R.P. Feynman, R. Leighton, M. Sands – “The Feynman Lectures on Physics”, Vol. II, Part 2 & Vol.III., Addison – Wesley, 2005.
Scroll to top
Dodaj komentarz
Chcesz się przyłączyć do dyskusji?Feel free to contribute!