塞曼效应地理论解释地

《塞曼效应地理论解释地》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、实用文档塞曼效应的理论解释沈晓玲(德州学院物电学院，山东德州253023)摘要文章从塞曼效应现象切入，并将塞曼效应分为正常塞曼效应和反常塞曼效应。然后结合磁场对原子磁矩的作用和电子跃迁时须遵循跃迁选择定则解释了正常塞曼效应和反常塞曼效应谱线条数增多和谱线间距变化的现象。对于正常塞曼效应，还应用了经典理论方法进行了解释，从而较全面的解释了塞曼效应。最后，而对于塞曼效应实验的应用也进行了基本阐述。关键词塞曼效应；原子磁矩；谱线分裂；实验应用1绪论塞曼效应，在原子物理学里是指原子的光谱线在外磁场中出现分裂的现象。塞曼效应是物理学史上

2、一个著名的实验。1896年，荷兰物理学家塞曼把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体使光谱发生变化，一条谱线即会分裂成几条偏振化的谱线，分裂后的谱线成分是偏振的,且谱线间距以及谱线条数随外磁场的强度和能级的种类的不同而不同，这种现象称为塞曼效应。塞曼的老师,荷兰物理学家洛仑兹应用经典电磁理论对这种现象进行了解释。塞曼效应在物理学史上是一个重要的里程碑。我们把产生光谱的光源置于足够强的磁场中，磁场作用于发光体使光谱由一条谱线分裂成几条偏振化谱线的现象称为塞曼效应。塞曼效应分为正常塞曼效应和反常塞曼效应。正常塞曼效应，

3、是指在没有外磁场时的一条谱线在较强的外磁场中将分裂为三条、裂距按波数计算正好等于一个洛伦兹单位的现象。反常塞曼效应，是指在外磁场很弱，电子自旋与轨道相互作用不能略去，光谱线分裂为多条且间距大于或小于一个洛伦兹单位的的现象。2塞曼效应的实验现象2.1正常塞曼效应的实验现象若将镉光源放在足够强的外磁场中，沿着垂直于磁场的方向去观察光源所发光谱，将会观察到三条谱线，其中一条与未加磁场时谱线所处位置一样。另外两条分居两边，并且观察到的三条谱线间距相等，三条谱线对应的光均为平面偏振光。中间的一条电矢量平行于外磁场，称作线。两边的谱线电矢

4、量垂直于外磁场，称为线。所以，可以如图2-1所示[1]。文案大全实用文档图2-1镉643.847纳米谱线的塞曼效应2.2反常塞曼效应的实验现象同上一样，若将钠光源放入不太强的磁场中，沿着垂直于磁场的方向去观察，发现组成钠黄线5893埃谱线的两条谱线，5896埃谱线和5890埃谱线发生了分裂，其中5896埃谱线分裂成了四条，间距也不一定是一个洛伦兹单位，且四条谱线间距不相等，最两边的谱线电矢量垂直于磁场方向，中间两条谱线电矢量平行于磁场方向；5890埃谱线分裂成了六条，六条谱线间距相等，中间两条谱线电矢量平行于磁场方向，其他四条

5、电矢量垂直于磁场方向，且所分裂的谱线成分全是偏振的。可见图2-2所示。3塞曼效应的理论解释3.1原子的磁矩原子中的电子，由于轨道运动，具有轨道磁矩，它的数值是(3-1)方向同相反[2]。用量子力学中的值，即(3-2),称为玻尔磁子。文案大全实用文档图2-2钠谱线的塞曼效应已知电子的自旋，因此电子还具有自旋磁矩，它的数值是(3-3)方向与相反。代入值，得(3-4)对于两个或两个以上的电子的原子，按照上述矢量模型的组合方法。显然，可得总自旋磁矩与总轨道磁矩的计算分别为[3]：(3-5)(3-6)由以上两式可以计算总自旋磁矩与总轨道

6、磁矩合成的原子总磁矩。由上两式显然可见，合成的原子总磁矩与总角动量不在同一方向。如图3-1所示。在图3-1中，画为L长度的两倍，因此必须画为S长度的四倍，故合成的总磁矩并不在J的方向上。由于与的磁场的相互作用，应产生进动，但J为原子的总角动量，未受外力作用时应不变，故图中各矢量都围绕J转动。若绕J的转动很快，则只有平行于J的分量，对观察者来说是有效的，而垂直分量因旋转关系对时间求平均值为零。故原子对时间平均的有效总磁矩为由上图知其值为：文案大全实用文档(3-7)将（3-5）和（3-6）所表达的和的值代入上式，得(3-8)由J,

7、L,S所围成的三角形很容易看出：(3-9)(3-10)将（3-9）和（3-10）代入（3-7）和（3-8）式，得：(3-11)其中(3-12)g称为朗德因子[4]。在量子力学中，（3-11）式应改写为(3-13)其中(3-14)图3-1、的矢量合成3.2正常塞曼效应的理论解释3.2.1正常塞曼效应的经典理论文案大全实用文档首先，我们从经典电子理论出发，对正常塞曼效应进行解释。设原子序数Z的电子原子体系处于磁感应强度为B的均匀外磁场中，如图3-2所示[5]：图3-2单电子原子处于磁感应强度为B均匀外磁场中此时的核外电子受到两个作

8、用力：洛伦磁力和原子核的库仑吸引力。以原子核为原点建立坐标系O-XYZ，且使Z轴沿B的方向，根据牛顿第二定律有：(3-15)将上述方程分解为三个方程(3-16)(3-17)(3-18)对（3-15）和（3-16）两式，可以写出下列形式的解(3-19)(3-20)在(3-19)