Temat atom w polu magnetycznym normalne i anormalne zjawisko zeemana
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 25

temat: Atom w polu magnetycznym. Normalne i anormalne zjawisko Zeemana PowerPoint PPT Presentation


  • 86 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

temat: Atom w polu magnetycznym. Normalne i anormalne zjawisko Zeemana. Sylwia Bilińska Studentka Fizyki Medycznej Uniwersytetu Wrocławskiego. Plan prezentacji:. Mechanika kwantowa słowem wstępu Wielkości charakteryzujące elektron a) wielkości bez pola magnetycznego

Download Presentation

temat: Atom w polu magnetycznym. Normalne i anormalne zjawisko Zeemana

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Temat atom w polu magnetycznym normalne i anormalne zjawisko zeemana

temat:Atom w polu magnetycznym. Normalne i anormalne zjawisko Zeemana

Sylwia Bilińska

Studentka Fizyki Medycznej

Uniwersytetu Wrocławskiego


Plan prezentacji

Plan prezentacji:

  • Mechanika kwantowa słowem wstępu

  • Wielkości charakteryzujące elektron

    a) wielkości bez pola magnetycznego

    b) w polu magnetycznym

  • Słabe i silne pole magnetyczne

  • Zjawisko Zeemana

    a) Normalne zjawisko Zeemana

    b) Anormalne zjawisko Zeemana

  • Zastosowanie zjawiska Zeemana w dzisiejszej technogii


Struktura elektronowa atomu

Struktura elektronowa atomu

  • Liczba atomowa Z określa liczbę elektronów

    lub liczbę protonów w atomie

  • Elektron ma naturę dwoistą

  • Położenie elektronu nie da się określić,

    dlatego stosuje się rozkład prawdopodobieństwa.

  • Elektron charakteryzowany jest przez 4 liczby

    kwantowe : n, l, mJ , ms


G wna liczba kwantowa n

Główna liczba kwantowa n

Jest to liczba kwantowa oznaczana tradycyjnie literą n. Numeruje ona kolejne

poziomy energetyczne (zwane powłokami elektronowymi) dla elektronu.

Przyjmuje wartości całkowite począwszy od 1. Powłoki te są oznaczone

kolejno (poczynając od powłoki najbliżej jądra) literami K, L, M, N, O, P, Q.

Występuje także we wzorze na całkowitą energię elektronu w atomie

gdzie En – całkowita energia elektronu na n – tej orbicie


Poboczna liczba kwantowa l

Poboczna liczba kwantowa l

przyjmuje wartości liczb całkowitych od 0 do n-1 włącznie;

precyzuje dokładniej stan energetyczny danej powłoki;

liczba stanów kwantowych wyraża się wzorem 4l + 2

wartość bezwzględną orbitalnego momentu pędu, którą obliczyć można używając relacji,

oznacza numer podpowłoki na której znajduje się elektron.


Magnetyczna liczba kwantowa m

Magnetyczna liczba kwantowa m

  • Określa wielkość (w jednostkach stałej Plancka) rzutu momentu pędu J na

    wybrany kierunek (zazwyczaj oś z).

    Długość tego rzutu oblicza się używając wzoru

  • Określa przestrzenne rozmieszczenie orbitalu

  • Liczba m może przyjmować (2l + 1) wartości.

    m = - l, -(l - 1), ......-1, 0, +1, .......,+(l -1) +l

  • Przykład:dla l = 2 liczba magnetyczna m przyjmie wartości - 2, - (2 -1), 0, +(2 -1) , +2m = -2, -1, 0, +1, +2

Orbital s

Orbital p : px, py, pz

Orbital d


Spinowa liczba kwantowa s

Spinowa liczba kwantowa s

  • Oznacza spin elektronu. Jest on stały dla danej cząstki elementarnej i w przypadku elektronu wynosi 1/2.

  • Trzy składowe spinu elektronu są opisane macierzami Pauliego


Magnetyczna liczba spiwona m s

Magnetyczna liczba spiwona ms

  • Decyduje o orientacji spinu

  • Magnetycznej spinowej liczbie kwantowej ms = +1/2 odpowiada spin skierowany w górę, a ms = -1/2 odpowiada spin skierowany w dół.

Spinowy moment pędu elektronu

przestrzennie skwantowany

(względem pola magnetycznego B

ma tylko dwa dozwolone ustawienia.)


Symboliczne przedstawienie orbitali atomowych

Symboliczne przedstawienie orbitali atomowych

Pojedyńczy orbital przedstawia się symbolicznie w postaci małego kwadratu wewnątrz którego rysujemy strzałki, które przedstawiają elektrony.

Aby przedstawić elektron odpowiadający danemu orbitalowi, wewnątrz klatki rysuje się strzałkę,

której ostrze zwrócone jest do góry, jeżeli spin wynosi + 1/2 albo do dołu, jeśli s = - 1/2.

Dla celów praktycznych często łączymy wszystkie kwadraty należące do tej samej podpowłoki.

Jeżeli l = 0, m = 0 i występuje tylko jeden orbital. Jeżeli l = 1 to m przyjmuje wartości -1, 0, +1.

Przy trzech wartościach m występują trzy orbitale. Jeżeli l = 2, to orbitali jest 5,

gdyż m przyjmuje pięć różnych wartości itd.Zauważmy, że liczba orbitali zależy wyłącznie od wartości l. Jest ona niezależna od n,

lecz l powinno spełniać warunek 0 < l < n.


Wielko ci charakteryzuj ce elektrony

Wielkości charakteryzujące elektrony

  • Orbitalny moment pędu L

  • Własny moment pędu S

  • Całkowity moment pędu J

    - Sprzężenie L-S

    - Sprzężenie j-j

  • Moment magnetyczny

  • Czynnik Landego


Orbitalny moment p du l

Orbitalny moment pęduL

część momentu pędu związana z ruchem jednej cząstki względem drugiej (zarówno w odniesieniu do

stanów związanych, czyli ruchów orbitalnych, jak i rozproszeń cząstek). W przypadku elektronu, określa

jego moment pędu związany z jego ruchem wokół jądra.

Własny moment pędu S

W końcu rozdwojenie linii widmowych wyjaśnili Goudsmit i Uhlenbeck, wyjaśnienie to było jednym z największych osiągnięć ówczesnej epoki. Zasugerowali oni, że elektron oprócz takich właściwości jak ładunek i masa ma jeszcze inną, immanentną własność, a mianowicie spinowy moment pędu nazywany krótko spinem. Jest on wynikiem ruchu obrotowego elektronu wokół własnej osi. Spinowy moment pędu jest skwantowany zgodnie z wzorem:


Ca kowity moment p du j

Całkowity moment pędu J

Najprościej ujmując jest to suma momentu pędu i spinu Jeżeli atom posiada więcej niż jeden elektron, to dozwolone wartości

całkowitego momentu pędu jego powłoki elektronowej można obliczyć wieloma sposobami, z których dwa zostaną omówione

poniżej:

Sprzężenie L-S

Stosując ogólną regułę znajdowania liczb kwantowych wypadkowego momentu pędu obliczamy najpierw wszystkie dozwolone wartości liczby kwantowej wypadkowego krętu orbitalnego L całej powłoki i wszystkie dozwolone wartości liczby kwantowej wypadkowego spinu całej powłoki S, a następnie za pomocą otrzymanych liczb L i S obliczamy w ten sam sposób liczbę kwantową J, charakteryzującą całkowity moment pędu tej powłoki

Sprzężenie j-j

Najpierw znajdujemy wartości liczby kwantowej j całkowitego krętu każdego z elektronów - jak w przypadku atomu jednoelektronowego - a następnie obliczamy wartości liczby J, która określa całkowity moment pędu powłoki.


Temat atom w polu magnetycznym normalne i anormalne zjawisko zeemana

Sprzężenie L-S

Symbol termu atomowego

Liczby kwantowe:

S - spinowa

L – orbitalna,

J - całkowitego momentu pędu

L = S (L=0), P (L=1), D (L=2), F (L=3), itd.

Przykład :

S = 1 (2S+1=3)

L = 1,

J = 0, 1, 2


Moment magnetyczny

Moment magnetyczny

- związany z ruchem elektronu wokół jądra lub jąder tworzących molekułę w zewnętrznym polu magnetycznym

Wyrózniamy;

a) orbitalny,

- powstaje na skutek orbitalnego ruchu elektronów. Jest on proporcjonalny do mechanicznego momentu pędu elektronu. Dla orbitali s jest on równy zeru, natomiast dla orbitali o wyróżnionym przestrzennie kierunku gęstości elektronowej (a więc p, d, f ) występują orbitalne momenty magnetyczne zależne od pobocznej liczby kwantowej l . W przypadku przyłożenia zewnętrznego pola magnetycznego następuje orientacja względem kierunku pola. Dla rozróżnienia możliwości orientacji momentów orbitalnych względem kierunku pola zewnętrznego służy trzecia liczba kwantowa zwana magnetyczną liczbą kwantową m . Orbitale o pobocznej liczbie kwantowej l mają kwantowe liczby magnetyczne m równe liczbom całkowitym od - l do +1.

b) spinowy

- Ruch elektronu dokoła własnej osi powoduje powstanie momentu magnetycznego

gdzie


Czynnik land go g

Czynnik Landégo g

(czynnik żyromagnetyczny) - stała proporcjonalności

pojawiająca się w związku pomiędzy momentem magnetycznym

cząstki elementarnej, a jej momentem pędu

WZÓR:

Wartość g dla elektronu swobodnego (podawana jako g/2):


Pole magnetyczne

Pole magnetyczne

Słabe pole magnetyczne: oddziaływanie momentów magnetycznych ze sobą jest większe od oddziaływania każdego z nich osobno w zewnętrznym polu magnetycznym

występuje zjawisko Zeemana

Silne pole magnetyczne: oddziaływanie momentów magnetycznych ze sobą jest mniejsze niż oddziaływanie każdego z nich osobno w zewnętrznym polu magnetycznym

występuje zjawisko Paschena - Backa


Zjawisko zeemana 1896rok

Zjawisko Zeemana – 1896rok

Jest to zjawisko fizyczne, które polega na rozszczepieniu

obserwowanych linii spektralnych na składowe, gdy próbka

emitująca promieniowanie zostaje umieszczona w polu

magnetycznym.

Wyróżniamy normalny i anomalny efekt Zeemana

Rozczepienie żółtych linii sodu D


Normalny efekt zeemana

Normalny efekt Zeemana

Efekt występuje wtedy, gdy odstępy

energetyczne

podpoziomów zeemanowskich są

jednakowe dla obu

poziomów, pomiędzy którymi zachodzi

przejście.

Odległości te są zależne od indukcji pola

magnetycznego oraz od czynnika Landego.

Warunki

Schemat rozczepienia linii kadmu


Normalny efekt zeemana1

Normalny efekt Zeemana


Normalny efekt zeemana2

Normalny efekt Zeemana

Jednakowa odległość między kolejnymi podpoziomami

Przesunięcie normalne

Reguła wyboru. Rozszczepienie zawsze tylko na 3 linie


Anomalny efekt zeemana

Anomalny efekt Zeemana

Jest to przypadek ogólny, który występuje wtedy,

gdy przejścia promieniste zachodzą pomiędzy

poziomami charakteryzującymi się

różnymi wartościami czynnika Landégo.

Rozszczepienia poziomów energetycznych w polu

magnetycznym komplikuje się. W tym przypadku

nie pokrywają się częstości promieniowania

emitowanego w wyniku różnych przejść, co

zachodzi przy normalnym efekcie Zeemana

warunki


Temat atom w polu magnetycznym normalne i anormalne zjawisko zeemana

Anomalny efekt Zeemana

odległość między kolejnymi podpoziomami

Przesunięcie linii widmowych

gdzie:

Reguła wyboru.


Anomalny efekt zeemana1

Anomalny efekt Zeemana


Wykorzystanie efektu zeemana

Wykorzystanie efektu Zeemana

Spektroskopia EPR

Model znajdujący się w pracowni

Zakładu Fizyki Powierzchni i Nanostruktury.

Spektroskop EPR


Temat atom w polu magnetycznym normalne i anormalne zjawisko zeemana

  • Literatura:

  • Szczepan Szczeniowski –”Fizyka doświadczalna cz.5” Państwowe Wydawnictwo Naukowe Warszawa 1974

  • Joanna Siadlej – „ Spektroskopia molekularna” Wydawnictwo Naukowo-Techniczne Warszawa 2002

  • Wykład z „Podstaw Fizyki 3” prowadzonego przez dr hab. J. Chojcana, z którego zostały zaczerpnięte rysunki i wzory.

  • Strony internetowe, z których brałam m.in. definicje i obrazy.

Dziękuję za uwagę


  • Login