Normalny i anomalny efekt Zeemana

Zagadnienia do opracowania.

  1. Energia stanów stacjonarnych elektronów w atomach.
  2. Liczby kwantowe stanów stacjonarnych orbit elektronowych.
  3. Moment magnetyczny powłoki elektronowej atomu:
    1. orbitalny moment magnetyczny;
    2. spinowy moment magnetyczny.
  4. Atom w stałym polu magnetycznym:
    1. precesja Larmora;
    2. częstość precesji Larmora;
    3. czynnik Landego.
  5. Wpływ pola magnetycznego na funkcje falowe i poziomy energetyczne atomu.
  6. Normalny efekt Zeemana:
    1. zeemanowskie rozszczepienie poziomów singletowych;
    2. magneton Bohra;
    3. reguły wyboru dla ∆ML;
    4. wielkość rozszczepienia atomowych linii widmowych.
  7. Teoria Lorentza:
    1. składowe π i σ rozszczepienia zeemanowskiego linii singletowych;
    2. polaryzacja składowych π σ;
    3. normalny tryplet Lorentza.
  8. Anomalny efekt Zeemana:
    1. rozszczepienie poziomów energetycznych w przypadku anomalnego efektu Zeemana;
    2. czynnik Landego.
  9. Układ pomiarowy do badania poprzecznego i podłużnego zjawiska Zeemana.
  10. Konstrukcja i zastosowanie interferometru Fabry’ego –Pérota.
  11. Definicja światła spolaryzowanego.
  12. Zmiana charakteru polaryzacji światła za pomocą ćwierćfalówki.
  13. Parametry filtrów interferencyjnych.

Zestaw przyrządów.

  1. Kamera CCD.
  2. 2 soczewki+50 mm.
  3. 1 soczewka+300 mm.
  4. Analizator.
  5. Interferometr Fabry’ego – Pérota (rozmiar etalonu 3∙10-3m).
  6. Filtr zielony (λ= 508 nm) w oprawie.
  7. Filtr czerwony (λ= 595 nm) w oprawie.
  8. Ćwierćfalówka.
  9. Lampa kadmowa.
  10. Elektromagnes.
  11. Zasilacz lampy kadmowej.
  12. Autotransformator.
  13. Obrotowy stolik.
  14. Kondensator o pojemności 22 mF.
  15. Miernik uniwersalny.
  16. Zestaw komputerowy z oprogramowaniem Motic Image Plus 2.0 ML.

Literatura.

  1. R. Eisberg, R. Resnick – „Fizyka kwantowa atomów, cząsteczek, ciał stałych, jąder i cząstek elementarnych”, PWN, Warszawa 1983.
  2. H.A. Enge, M.R. Wehr, J.A. Richards – „Wstęp do fizyki atomowej”, PWN, Warszawa 1983.
  3. Z. Leś – „Wstęp do spektroskopii atomowej”, PWN, Warszawa 1969.
  4. R.I. Sołouchin – „Optyka i fizyka atomowa”, PWN, Warszawa 1982.
  5. H. Haken, H.Ch. Wolf – „Atomy i kwanty. Wprowadzenie do współczesnej spektroskopii atomowej”, PWN, Warszawa 1997.
  6. D. Kunisz – „Fizyczne podstawy emisyjnej analizy widmowej”, PWN, Warszawa 1973.
  7. W.A. Shurcliff, S.S. Ballard – „Światło spolaryzowane”, PWN, Poznań 1968.
  8. A. Kopystyńska – „Wykłady z fizyki atomu”, PWN, Warszawa 1989.
  9. R.P. Feynman, R. Leighton, M. Sands – „Feynmana wykłady z fizyki”, T. II, cz.2; T.III., PWN, 2004.
  10. V. Acosta, C.L. Cowan, B.J. Graham – „Podstawy fizyki współczesnej”, PWN, Warszawa 1981.
  11. PHYWE “Laboratory Experiment Physics”, 5.1.10-05 Zeeman Effect, www.phywe.com.
  12. E.U. Condon & G.H. Shortley – “The Theory of Atomic Spectra”, Athenaeum Press Limited, Newcastle upon Tyne 1991.
  13. H.A. Enge, M.R. Wehr, J.A. Richards – “Introduction to Atomic Physics”, Addison-Wesley, Reading-Mass, 1981.
  14. W.A. Shurcliff, S.S. Ballard – “Polarized Light”, Princeton, N.Y. 1964.
  15. V. Acosta, C.L. Cowan, B.J. Graham – “Essentials of Modern Physics”, Harper & Row, N.Y. 1973.
  16. H. Haken, H.Ch. Wolf – “The Physics of Atoms and Quanta”, Springer, 2000.
  17. 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

  1. Energy levels of electrons in atoms.
  2. Quantum numbers of electron energy levels.
  3. Magnetic moment of the electron shell of an atom:
    1. orbital magnetic moment;
    2. spin magnetic moment.
  4. Atoms in a constant magnetic field:
    1. Larmor precession;
    2. Larmor precession frequency;
    3. Landé factor.
  5. Effect of a magnetic field on the wave functions and energy levels of an atom.
  6. Normal Zeeman effect:
    1. Zeeman singlet splitting;
    2. Bohr magneton;
    3. selection rules for ΔML;
    4. separation of Zeeman sublevels.
  7. Lorentz’s theory:
    1. and  components of Zeeman singlet splitting;
    2. polarisation of  and  components;
    3. Lorentz triplet.
  8. Anomalous Zeeman effect:
    1. anomalous Zeeman effect energy level splitting;
    2. Landé factor.
  9. Experimental setup for the study of the transverse and longitudinal Zeeman effect.
  10. The construction and use of a Fabry – Pérot interferometer.
  11. Definition of polarised light.
  12. Using waveplates to change the polarisation of light.
  13. Interference filter parameters.

Apparatus

  1. CCD camera.
  2. 2 lenses +50 mm.
  3. 1 lens +300 mm.
  4. Analyser.
  5. Fabry – Pérot interferometer (etalon size 3∙10-3 m).
  6. Green filter (λ = 508 nm) in housing.
  7. Red filter (λ = 595 nm) in housing.
  8. Quarter-wave plate.
  9. Cadmium lamp.
  10. Electromagnet.
  11. Cadmium lamp power supply.
  12. Transformer.
  13. Swivel table.
  14. Capacitor with capacitance of 22 mF.
  15. Universal multimeter.
  16. Computer with Motic Image Plus 2.0 ML software program.

Literature

  1. PHYWE “Laboratory Experiment Physics”, 5.1.10-05 Zeeman Effect, www.phywe.com.
  2. E.U. Condon & G.H. Shortley – “The Theory of Atomic Spectra”, Athenaeum Press Limited, Newcastle upon Tyne 1991.
  3. H.A. Enge, M.R. Wehr, J.A. Richards – “Introduction to Atomic Physics”, Addison-Wesley, Reading-Mass, 1981.
  4. W.A. Shurcliff, S.S. Ballard – “Polarized Light”, Princeton, N.Y. 1964.
  5. V. Acosta, C.L. Cowan, B.J. Graham – “Essentials of Modern Physics”, Harper & Row, N.Y. 1973.
  6. H. Haken, H.Ch. Wolf – “The Physics of Atoms and Quanta”, Springer, 2000.
  7. R.P. Feynman, R. Leighton, M. Sands – “The Feynman Lectures on Physics”, Vol. II, Part 2 & Vol.III., Addison – Wesley, 2005.

0 komentarzy:

Dodaj komentarz

Chcesz się przyłączyć do dyskusji?
Feel free to contribute!

Dodaj komentarz