Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
Значение L 012345678910
Обозначение
термаатома S PDFGH I KLMN
В случае необходимости перед обозначением терма может быть также показана соответствующая электронная конфигурация, т. е. распределение электронов по состояниям с разными значениями главного и орбитального квантовых чисел H1, Ij:
(H1I1)k^n2I2?*...2S + 1Lj,
где Zei — число электронов в состоянии nL, Ii. Например, терм основного состояния атома кислорода имеет вид: (ls)2(2s)2(2p)4 3P2.
810
VI.3. ATOM
8°. Взаимодействие магнитных моментов электронов и атомного ядра вызывает возникновение сверхтонкой структуры спектральных термов. Магнитный момент ядра, складывающийся из магнитных моментов составляющих его нуклонов, имеет порядок величины верного магнетона, (Xw = , где т — масса
2 тр
протона. В соответствии с малостью ядерного магнетона по сравнению с магнетоном Бора сверхтонкая структура спектральных линий характеризуется расщеплениями линий, в тысячи раз меньшими, чем в тонкой структуре.
Магнитное взаимодействие электронов и ядра, подобно взаимодействию самих электронов, в векторной модели атома выражается с помощью вектора ядерного момента I (спина):
F = I + J, |F| = JF(FTT) h,
где J — вектор суммарного полного момента импульса электронов атома, F — вектор полного момента импульса атома (включая его ядро). Соответствующее вектору F квантовое число F может принимать значения (при фиксированном J)
F = Jr + /, J + I - 1, ..., IJ - 1\.
Систематика спектральных линий при сверхтонкой структуре не отличается от принятой для тонкой структуры в случае слабой связи.
4. ЭФФЕКТ ЗЕЕМАНА И ЯВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСА
1°. Эффектом Зеемана называют расщепление энергетических уровней и спектральных линий атомов, молекул и кристаллов в магнитном поле. Различают эффекты Зеемана: простой (нормальный) и сложный (аномальный), а также продольный и поперечный. Продольный эффект наблюдается вдоль направления магнитного поля, поперечный — в направлениях, перпендикулярных к направлению магнитного поля.
2°. При продольном эффекте Зеемана каждая спектральная линия расщепляется на две компоненты (нормальный зеемановский дублет) с частотами v + Av, где
V — частота линии в отсутствие магнитного поля.
VI.3.4. ЭФФЕКТ ЗЕЕМАНА И ЯВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСА
811
При простом поперечном эффекте Зеемана наряду с указанным дублетом наблюдается несмещенная линия, т. е. всего три линии (нормальный зеемановский триплет) с частотами v, v ± Av.
В поперечном эффекте Зеемана все три монохроматические компоненты плоско поляризованы: несмещенная компонента с частотой v (п-компонента) — в плоскости, паралельной вектору H напряженности внешнего магнитного поля (вектор E поля Tt-волны параллелен Н), а две смещенные компоненты с частотами
V ± Av (а-компоненты) — в плоскости, перпендикулярной H (вектор E ± Н). В продольном эффекте Зеемана наблюдаются только две ст-компоненты, циркулярно поляризованные во взаимно противоположных направлениях; компонента с частотой v — Av имеет (при наблюдении вдоль вектора Н) левую круговую поляризацию, а компонента- с частотой v + Av — правую. Компоненту с частотой v — Av называют красной, а с частотой V + Av — фиолетовой (рис. VI.3.3). В случае поперечного эффекта интенсивность 71-компоненты вдвое больше интенсивности каждой из a-компонент. При продольном эффекте интенсивность каждой из двух циркулярно поляризованных компонент равна интенсивности 71-компоненты в поперечном эффекте.
3°. Эффект Зеемана, наблюдаемый в спектрах поглощения вещества в магнитном поле, часто называют обратным эффектом Зеемана.
В классической теории нормального эффекта Зеемана движение электрона в атоме рассматривают как гармоническое колебание линейного гармонического осциллятора.
а)
V-i
Сильное поле
б)
(о) о(л) к а(п) (о)
Рис. VI.3.3
812
Vl 3. ATOM
Произвольное линейно поляризованное колебание электрона может быть разложено на два колебания: одно, происходящее вдоль магнитного поля, а другое — в плоскости, перпендикулярной направлению поля.
Это последнее можно разложить на два колебания, поляризованных по кругу с противоположными направлениями вращения. Для кругового колебания с направлением вращения, совпадающим с направлением прецессии, частота колебаний излучаемого электрона будет V + Av (фиолетовая линия), а для колебания с противоположным направлением вращения получится частота v Av (красная линия). Вдоль магнитного поля линейно поляризованное колебание электрона, совпадающее с направлением поля, не дает излучения, ибо гармонический осциллятор вдоль своей оси не излучает. Таким образом, в продольном эффекте Зеемана наблюдается лишь два колебания, поляризованных по кругу, смещенных относительно первоначальной частоты на +Av. В поперечном эффекте Зеемана все три колебания дают линейно поляризованные излучения с частотами v и v ± Avl
Значение Av в нормальном эффекте Зеемана совпадает с ларморовой частотой'.
а ^оеН
Av = vT = —— ,
4 пт
где ей т — заряд и масса электрона, H — напряженность магнитного поля. Величина Av обычно весьма