Hiệu ứng Zeeman thường và dị thường

Dựa vào trạng thái năng lượng này ta có thể giải thích được
Các hiện tượng tách vạch quang phổ và cấu trúc tinh tế của quang phổ:
Dựa vào giả thuyết về spin của electron ta có thể giải thích cấu trúc tinh vi của các vạch quang phổ bằng tương tác giữa Spin và momen quỹ đạo của electron trong nguyên
tử, thường gọi là tương tác Spin-quỹ đạo: khi có tương tác Spin-quỹ đạo thì năng lượng của electron trong trạng thái lượng tử cho trước sẽ tăng thêm hoặc giảm đi một lượng
s
e B
2m h
so với năng lượng của nó khi khơng có tương tác spin – quỹ đạo. Kết quả là mỗi trạng thái lượng tử tách thành hai trang thái con và do đó mỗi vạch quang phổ tách
thành hai vạch thành phần . Tuy nhiên sự tách vạch quang phổ rất khó phân biệt bởi các máy quang phổ thông thường.

I.4 Hiệu ứng Zeeman thường và dị thường

I.4.a Hiệu ứng Zeeman thường
Hiện tượng Zeeman là hiện tượng tách vách quang phổ nguyên tử thành nhiều vạch sit nhau khi nguyên tử phát sáng đặt trong từ trường.

Thí nghiệm
: Đặt nguồn khí hidro phát sáng vào giữa hai cực của nam châm điện. Nếu quan sát các bức xạ phát ra theo phương vng góc với vecto từ trường
B
→
thì thấy mỗi vạch quang phổ của nguyên tử hidro bị tách thành ba vạch sít nhau
Bài tiểu luận
 Giải thích:
Vì electron có moment từ
→
µ
nên khi ngun tử hidro được đặt trong từ trường
B
→
, momen từ có khuynh hướng sắp xếp theo phương song song với
B
→
do đó electron có thêm năng lượng phụ :
E B
→ →
∆ = −µ
Chọn phương z là phương của từ trường
B
→
, ta có:
z B
E B m B
∆ = −µ = µ
Như vậy nguyên tử hidro đặt trong từ trường, năng lượng E’ của electron còn phụ thuộc vào số lượng tử từ m:
B
E E m B = + µ
Trong đó E là năng lượng của electron khi nguyên tử hidro không đặt trong từ trường. Nếu electron dịch chuyển từ trạng thái ứng với năng lượng
2
E
sang trạng thái ứng với năng lượng
1
E
thấp hơn thì nó sẽ phát ra bức xạ điện từ. Tần số vách quang phổ bằng:
2 1
2 1
2 1
B
E E
E E
m m B
h h
h −
− −
µ ν =
= +
Số hạng thứ nhất
2 1
E E
h −
=
ν
là tần số của vách quang phổ hidro khi nguyên tử hidro không đặt trong từ trường , do đó:
Bài tiểu luận
2 1
B
m m B
h −
µ ν = ν +
Theo qui tắc lựa chọn đối với số lượng tử m:
m 0, 1, ∆ = ±
ta thấy tần số
ν
có thể có ba giá trị:
B
B
B h
B h
µ ν −
 
ν = ν 
 µ
ν + 
Nghĩa là một vạch quang phổ khi khơng có từ trường được tách thành ba vạch quang phổ khi có từ trường, trong đó vạch giữa trùng với vạch cũ.
I.4.b Zeeman dị thường
Trong lý thuyết bán cổ điển hiêụ ứng Zeeman gắn liền với chuyển động tuế sai của momen từ
→
µ
đối với từ trường ngồi
B
→
. Từ trường càng mạnh thì chuyển động tuế sai càng nhanh và độ tách giữa ba vạch xuất phát từ một vạch trong từ trường bằng không
càng lớn. Khi tương tác Spin-quỹ đạo mạnh so với các tương tác của một trong các vectơ đó và của
B
→
- Spin
S
→
và do đó momen quỹ đạo
L
→
sẽ thực hiện một chuyển động tuế sai nhanh đối với vectơ
J
→
, điều này sinh ra một chuyển động tuế sai nhanh của
→
µ
quanh
J
→
, lúc đó chuyển động tuế sai của hệ đối với
B
→
sẽ chậm. Hiệu ứng Zeeman di thường được xuất hiện như vậy và cường độ của hiệu ứng đó phụ thuộc vào thành phần
của
→
µ
trên trục của
J
→
. Như vậy trong hiệu ứng Zeeman di thường số vạch quang phổ được tách ra nhiều hơn ba vạch quang phổ trong hiệu ứng Zeeman thường.
Bài tiểu luận
II Thí nghiệm về chứng minh sự tồn tại Spin

II.1 Thí nghiệm Stern – Gerlach: