Зееман эффектісі

Жарық таралған немесе жарық шығарған затқа, сырттан магнит не электр өрісін түсірсек, онда олардың оптикалық қасиеттері əртүрлі болып өзгереді. Яғни, заттың жарық шығару немесе жарықты жұту спектрлері, жарықтың поляризациясы, зат ішіндегі жарықтың таралу жылдамдығы, т.б. өзгереді.

Жарық шығару жəне жұтылу спектрлерінің өзгеру нəтижесінде спектрлік сызықтар бірнеше компоненттерге жіктеледі. Осы энергетикалық деңгейлердің жіктелуі мен ығысуы магнит өрісінің əсерінен болса, онда ондай құбылыс Зееман эффектісі деп аталады. Бұл эффекті газдарда жəне буларда да айқын байқалады.

Атом ішіндегі қозғалған электронға, сыртқы магнит өрісі əсер еткенде электромагниттік өріс əсеріндегідей құйынды электр тогы пайда болады, бұл ток біраз уақыт өткеннен кейін, джоуль жылуының бөлінуіне байланысты өшеді.

Шын мəнінде атом ішінде қозғалған электрондарда мұндай құбылыс болмайды, егер магнит өрісі əсер етсе, атом ішіндегі электронға қосымша периодты қозғалыс беріледі де электрон қозғалысы өшпейді.

Егер сыртқы магнит өрісі жоқ болса, онда атом ішіндегі электрон екі түрлі қозғалыста болады: 1) электрон атом ядросының сыртында тұйық орбита бойында қозғалады. 2) электрон орбита бойымен қозғала отырып, өзінің меншікті осіненде айналады. Бұл айналмалы қозғалыс − электрон спині деп аталады. Осындай атом ішіндегі электрондардың қозғалысы электрлік дөңгелек токқа эквивалентті болады.

Егер атомдағы электрондар бірнеше болса, онда олардың орбиталды электр тогтары мен спинді электр токтарының бір бағыттағылары қосылып жинақталады, ал қарама-қарсы бағытта болса, онда олар өзара азайтылады.

~ 91 ~

3.4-сурет

мұндағы, – электронның импульсінің толық моментінің кванттық саны. Атомдағы электронның спиндік қозғалысының спектрлік сызығы жұқа құрылым құрады (мультиплетті), ал магнит өрісіндегі атомдар спектрі күрделі спектр құрады, ол күрделі Зееман эффектісі деп аталады. Есепті жеңілдету үшін ең қарапайым жағдайды қарастырайық, ол үшін спиндік ток нөлге тең (яғни, барлық спиндік ток қосындысы нөлге тең, бірін-бірі жоятын болсын) сондықтан атомдағы электронның тек орбиталдық тогы ғана алынады. Мұндай жағдайда спектрлік сызықтардың магнит өрісіндегі жіктелуі қалыпты (қарапайым)

Зееман эффектісі деп аталады.

Егер электрондық қабықтағы толық спин S нөлге тең болса S 0, онда

сызықтары жекеленген (синглет) болады. Олар жекеленген деңгейлердегі энергиялардың ауысуынан пайда болады.

Басқа спектрлік сызықтар күрделі болып жіктеледі. Бұл кезде S 0: онда _S 0, болып атомның толық магниттік моменті мынадай түрде жазылады:

~ 92 ~

Атомның магниттік моменті оның толық моментімен байланысты болады, бірақ олар бір-біріне параллель емес.

Сыртқы магнит өрісін түсіргенде H, толық моменті () магнит өрісінің айналасында бұрыш жасап айналады (3.5-сурет). Қорытқы магниттік момент өріс кернеуінің төңірегінде

бұрышпен салыстырмалы түрде бағдарланады. Ал L жəне S онымен бірге _L жəне _s моменттері, толық моменттің () айналасында бағдарланады да, бұл бұрыш айнымалы болады.

3.5-сурет

мен Η арасындағы магниттік əсерлесу кезіндегі энергия:

болып толық моменті () айналған магниттік моментінің векторының жиілігі өзгеріп айнымалы болады. Негізінен біз E _H − энергияның тұрақты құраушысы E_{H , J} табуымыз қажет. Оны табу үшін магнит моментінің, толық моментке () түсірілген проекциясын анықтау керек, онда оның проекциясы – _J, _L

~ 93 ~

мен -тің толық моментке түсірілген проекциялары оның қосындысына тең болады:

,

_J

Мұндағы

e

2 mc

Осы (3.5.7) формуланы (3.5.4) формулаға апарып қою арқылы

Магниттік квантталу саны мына мəндерді қабылдайды:

~ 94 ~

барлығы 2 1 мəнге ие болады.