Смотреть больше слов в «Энциклопедическом словаре естествознания»
расщепление спектральных линий под действием магнитного поля. Открыто в 1896 П. Зееманом при исследовании свечения паров натрия в магнитном пол... смотреть
расщепление уровней энергии и спектр. линий атома и др. ат. систем в магн. поле. Открыт в 1896 голл. физиком П. Зееманом (P. Zeemaii) при иссле... смотреть
расщепление линий атомных и молекулярных спектров под действием магнитного поля. Этот эффект сыграл важную роль в развитии атомной теории. Он показал, ... смотреть
расщепление уровней энергии квантовой системы в магн. поле (снятие вырождения). Проявляется как расщепление спектральных линий атомов, молекул, кристаллов при квантовых переходах между возникшими подуровнями. Величина расщепления (расстояние между подуровнями) зависит от напряженности <b><i> Н</i></b> внеш. магн. поля. Как правило, в области, занимаемой атомом или молекулой, <b> Н</b> меняется настолько мало, что магн. поле может считаться однородным. Энергия Е <sub>0</sub> квантовой системы в однородном магн. поле меняется на величину: <p> <i>W = -</i><b>m</b><b><i><h>-></h></i><sup>1</sup>/<sub>2</sub><b>H</b><b>c</b><b><i><h> -></h></i>..., </b></b></p> <p> где <b>m</b> - <i>магнитный момент</i> системы, <b>c</b> - тензop магн. восприимчивости, определяющий наведенный (индуцируемый) магн. момент <b>m</b><sub> инд</sub><i> =</i><sup>1</sup>/<sub>2</sub><b>c</b><b><i> Н</i></b>.> В выражении для поправки Wк <i></i> энергии Е <sub>0</sub><i></i> записаны только первый и второй члены разложения по <b> Н</b>; соответственно говорят о 3. э. первого и второго порядков. Зеемановские подуровни (компоненты зеемановского мультиплета) с энергиями (Е <sub>0</sub> + W<sub>i</sub>) соответствуют разл. проекциям магн. моментов <b>m</b> и <b>m</b><sub> инд</sub> на направление поля <b>H</b> (проекции нумеруются индексом i). При малых напряженностях однородного магн. поля, напр. Н <sub>z</sub>,<i></i> направленного вдоль оси <i>z,</i> для расчета 3. э. достаточно ограничиться первым порядком <i> возмущений теории.</i> Для атома в состоянии с отличным от нуля полным моментом кол-ва движения <b><i><j>= <b>L</b> + <b>S</b></j></i>(<b><i><l>-></l></i> орбитальный, <b>S</b> -спиновый моменты кол-ва движения) энергия разл. зеемановских подуровней определяется проекциями электронного магн. момента и рассчитывается по ф-ле: </b></b></p> <p> <b>W<sub>Jz</sub> = </b><b>m</b><b><sub> Б</sub>g<sub>Jz</sub>J<sub>z</sub>H<sub>z</sub> (1)</b> </p> <p> где m<sub> Б </sub>- магнетон Бора, J<sub>z<i>< </i></sub>-> проекция полного момента на направление поля (J<sub>z</sub><i> = -J, -J</i>+ 1,..., J), g<sub>Jz</sub><i></i>- электронный g-фактор Ланде, равный: <br> <img src="https://words-storage.s3.eu-central-1.amazonaws.com/production/article_images/5a3aa3a52685b21ade9b292f/7664c5d4-e84e-4e94-ac41-07faaa3dcef9" alt="ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ фото №1" align="absmiddle" class="responsive-img img-responsive" title="ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ фото №1"> <br> (g<sub>e</sub> = 2,0023 - т.наз. g-фактор своб. электрона). При больших напряженностях H<sub>z</sub>, когда зеемановское расщепление превосходит по величине расщепление, обусловленное <i> спинорбитальным взаимодействием,</i> ф-ла (1) заменяется следующей: </p> <p> W<sub>Lz,Sz</sub><i> =</i>m<sub> Б</sub>(L<sub>z</sub><i> +</i>2S<sub>z</sub>)H<sub>z</sub><i></i>(2) </p> <p> Здесь L<sub>z</sub>= -L, -L+1,...,L; S<sub>z</sub> = -S, -S+1,...,S. В этом случае обычно говорят об эффекте Пашена-Бака. Величина расщепления, обусловленного электронным магн. моментом, составляет при H<sub>z</sub> ~ 1 Тл величину ~0,5g<sub>J </sub>cм <sup>-</sup><sup>1</sup>, т. е. 0,5-1 см <sup>-</sup><sup>1</sup>. Частоты переходов между зеемановскими подуровнями лежат в микроволновом диапазоне (1 см <sup>-</sup><sup>1</sup> ~ 30000 МГц). Так, электронный переход 1S : 1Ру Mg в отсутствие магн. поля проявляется как линия с частотой 35061,6 см <sup>-</sup><sup>1</sup>, а в магн. поле напряженности Н <sub>z</sub><i></i>~<i></i>2 Тл - как три линии с расстоянием между соседними линиями ~1 см <sup>-</sup><sup>1</sup>. У молекул возможны разл. проявления 3. э. в зависимости от того, какие составляющие ее магн. момента играют при этом определяющую роль. Так, для многоатомных молекул, не обладающих сферич. или осевой симметрией, в конденсир. фазе среднее значение орбитального момента кол-ва движения электронов близко к нулю, вращение молекулы как целого также отсутствует. Для таких молекул магн. момент определяется суммарным спином S электронов: если S№0, то имеются неспаренные электроны (частицы парамагнитны). Расщепление на зеемановские подуровни определяется величиной W<sub>S</sub><sup>(1)</sup> ~ g<i><sub>e</sub></i>m<sub> Б</sub>m<sub>S</sub>H<sub>z</sub>,<i></i> где m<sub>S</sub> = <i>-S, -S +</i>1,..., S - проекция спина на направление поля. Если в молекуле имеются ядра со спинами <b>I</b><sub>a</sub>, происходит дополнит. расщепление уровней W<sub>S</sub><sup>(1)</sup><i></i> обусловленное ядерными магн. моментами и определяемое оператором вида Ч <img src="https://words-storage.s3.eu-central-1.amazonaws.com/production/article_images/5a3aa3a52685b21ade9b292f/92bb96b7-4aa9-4137-981b-6e4ee9d65fd0" alt="ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ фото №2" align="absmiddle" class="responsive-img img-responsive" title="ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ фото №2"> , где m<sub>0 </sub>- ядерный магнетон (примерно в 2000 раз меньший m<sub> Б</sub>), g<sub>a</sub><i><sub> </sub>-></i> ядерный g-фактор (равный, напр., 5,5854 для <sup>1</sup> Н и 0,8574 для <sup>2</sup> Н), s<sub>a</sub><sub> </sub>- константа магн. экранирования ядра а электронами молекулы. При действии на систему переменного электромагн. поля с частотой, отвечающей разности энергий между соответствующими зеемановскими подуровнями, происходит резонансное поглощение энергии электромагн. поля - <i> электронный парамагнитный резонанс.</i> Указанные малые поправки, обусловливающие расщепление подуровней W<sub>S</sub><sup>(1)</sup><i></i> за счет взаимод. магн. моментов ядер с полем, приводят к появлению в спектрах ЭПР сверхтонкой структуры. Взаимод. неспаренных электронов с магн. моментами ядер ионов, окружающих парамагн. частицу в кристалле, также приводит к дополнит. расщеплению зеемановских подуровней (суперсверхтонкая структура спектра ЭПР). Для диамагн. многоатомных молекул, у к-рых L = 0 и S = 0, расщепление в магн. поле на зеемановские подуровни определяется прежде всего магн. моментами ядер <img src="https://words-storage.s3.eu-central-1.amazonaws.com/production/article_images/5a3aa3a52685b21ade9b292f/2c3570b1-e3d4-48b2-b559-1f315f72b848" alt="ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ фото №3" align="absmiddle" class="responsive-img img-responsive" title="ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ фото №3"> (с учетом экранирования s<sub>a</sub>). Спектр поглощения электромагн. излучения в этом случае наз. спектром <i> ядерного магнитного резонанса.</i> Дополнительное, более слабое расщепление, характеризующее тонкую структуру зеемановских подуровней и спектра ЯМР, связано с взаимод. магн. моментов ядер между собой, т. е. с ядерным <i> спин-спиновым взаимодействием.</i> Величины расщеплений в спектрах ЯМР значительно меньше, чем в случае 3. э., обусловленного электронным магн. моментом, прежде всего из-за соотношения m<sub>0</sub> и m<sub> Б</sub>. Молекулы в газовой фазе обладают вращат. моментом кол-ва движения <b>R</b>. В магн. поле возникает расщепление вращат. уровней, определяемое взаимод. с полем вращат. магн. момента молекулы m<sub>0</sub>g<b>R</b>, где g - мол. g-фактор (в общем случае тензор второго ранга). Компоненты мол. g-фактора для нейтральных молекул обычно очень малы; так, для линейной молекулы (ось молекулы - ось z) F-C=C-H g<i><sub>zz</sub></i>= 0, g<i><sub> хх</sub> = g<sub> уу</sub> =></i>- 0,0077 b 0,0002, для молекулы CH<sub>3</sub>F (ось симметрии - ось z)<i></i>g<sub>zz</sub><i> =</i>+ 0,310, g<i><sub> хх</sub> =></i>g<i><sub> уу</sub> =></i>- 0,061 b 0,002. Расщепление вращат. уровней в магн. поле и связанная с ним тонкая структура вращат. спектров позволяют определять мол. <b>g</b> -факторы. Для молекул в газовой фазе 3. э. второго порядка, связанный с их магн. восприимчивостью c, дает информацию об анизотропии магн. восприимчивости, что, совместно с данными по молекулярным <b>g</b> -факторам и моментам инерции, позволяет вычислять компоненты электрич. <i> квадрупольного момента</i> молекул и устанавливать знак их постоянного <i> дипольного момента.</i> Анализ эксперим. данных по 3. э. первого и второго порядков приводит также к независимому определению диа- и парамагнитной составляющих <i> магнитной восприимчивости</i> молекул. Впервые 3. э. наблюдал П. Зееман в 1896 при исследовании свечения паров натрия в магн. поле. <i> Лит.:</i> Эткинс П., Кванты. Справочник концепций, пер. с англ., М., 1977; Флайгер У., Строение и динамика молекул, пер. с англ., т. 1-2, М., 1982. <i> Н. Ф. Степанов.</i> </p><p><br></p>... смотреть
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТрасщепление линий атомных и молекулярных спектров под действием магнитного поля. Этот эффект сыграл важную роль в развитии атомной теории. Он показал, что испускание света атомом связано с движением его электронов, а позднее дал возможность детально и с высокой точностью проверить правильность квантовой механики - основы современной атомной теории.Одним из величайших открытий М.Фарадея (1791-1867) было то, что магнитное поле оказывает влияние на поляризацию светового пучка (так называемый эффект Фарадея). Свет представляет собой электрические и магнитные поля, распространяющиеся в пространстве в виде волн. Если электрическое поле Е колеблется в одной и той же плоскости, как показано на рис. 1, то направление распространения волны перпендикулярно направлению этих колебаний, а направление колебаний магнитного поля В перпендикулярно им обоим. Такого рода свет, испускаемый электрическим зарядом, колеблющимся по вертикали, называется плоско-поляризованным. Если же заряд, создающий излучение, движется по окружности, то электрическое поле распространяется в направлении перпендикуляра к плоскости окружности, описывая спираль, как показано на рис. 2 (аналогично ведет себя и магнитное поле, не показанное на рисунке). Свет такого рода называют светом с круговой поляризацией или циркулярно-поляризованным светом, причем свет заряда, движущегося по окружности, наблюдаемый в плоскости его движения, оказывается плоско-поляризованным. Открытие Фарадея, сделанное им в 1845 еще до того, как стала известной электромагнитная природа света, состояло в следующем: если плоско-поляризованный свет пропускать сквозь какое-либо из ряда известных прозрачных жидкостей и твердых веществ и одновременно параллельно оси пучка создавать сильное магнитное поле, то наблюдается поворот ("вращение") плоскости поляризации, причем угол поворота зависит от вещества, напряженности магнитного поля и пути светового пучка в веществе.В 1862, полагая, что магнитное поле должно влиять не только на распространение света, но и на его испускание, Фарадей исследовал спектр желтого света пламени, содержащего пары натрия, помещенного между полюсами магнита, но не обнаружил ожидаемого эффекта. Однако в 1896 голландский физик П.Зееман (1865-1943), работавший в Лейдене, повторил его попытку, применив более совершенный метод. Он обнаружил, что при наложении поля каждая из линий желтого дублета спектра натрия (так называемых D-линий) уширяется (т.е. увеличивается полоса испускаемых частот). См. также ОПТИКА; СПЕКТРОСКОПИЯ.Теоретическое объяснение явления было дано соотечественником Зеемана, теоретиком Х.Лоренцом (1853-1928). Суть его рассуждений можно кратко изложить, рассматривая простые случаи. Допустим сначала, что заряд е движется в излучающем атоме по окружности, плоскость которой перпендикулярна магнитному полю В (рис. 3). Для простоты предположим, что сила, связывающая заряд с атомом, пропорциональна расстоянию r от центра окружности. (Это предположение не имеет принципиального значения, но упрощает вычисления.) В отсутствие поля В, приравняв центробежную силу инерции центростремительной силе, получимоткуда находим частоту обращения заряда:Если наложено поле В, то оно действует на заряд с силой evB, заставляющей его двигаться из плоскости рисунка. При этом полная сила, действующая на заряд, равна mv2/r + evB; следовательно,Приближенное решение этого уравнения, справедливое при всех значениях индукции В, кроме экстремальных, имеет вид(4) vчас = v0 - eB/4?m ,где индекс "час" указывает на то, что вращение, наблюдаемое с позиции D2, происходит по часовой стрелке. Если бы заряд вращался против часовой стрелки, то действие поля B было бы противоположным иНаконец, если плоскость вращения параллельна магнитному полю, то последнее не влияет на частоту обращения.Рассмотрим теперь нагретый до свечения газ, в котором имеются все три типа движущихся по орбитам электронов, а также промежуточные ориентации. Предположим, что спектроскоп расположен в точке D1. Орбитам с движением электронов по часовой стрелке и против часовой стрелки будет соответствовать плоско-поляризованный свет с частотами vчас и vпротив. Если плоскость орбиты совпадает с направлением поля, то частота света останется неизменной. Таким образом, будут наблюдаться три спектральные линии. Если просверлить отверстие в полюсном наконечнике магнита, то можно наблюдать свет в направлении D2. Проведенный выше анализ показывает, что в этом направлении можно наблюдать две компоненты - циркулярно-поляризованные по часовой стрелке и против часовой стрелки, с частотами vчас и vпротив. Первые грубые измерения подтвердили эти теоретические предсказания. Зееман обнаружил, что vпротив меньше vчас. Согласно формулам (4) и (5), это свидетельствует о том, что вращаются отрицательные заряды, а на основании измеренного уширения исходной линии Зееман сделал вывод, что отношение заряда частицы к ее массе составляет примерно 1,6?1011 Кл/кг. За несколько лет до этого Дж.Томсон, изучая процессы в газоразрядных трубках, обнаружил частицы, позднее названные электронами, и установил наличие у них отрицательного заряда, причем отношение их заряда к массе составляло 1,7?1011 Кл/кг. Поскольку, кроме электрона, не существует других частиц с близкими значениями отношения заряда к массе, именно электроны (хотя они и составляют ничтожную долю массы всего атома) ответственны за испускание света. Это чрезвычайно важное открытие подготовило почву для разработки теории электронного строения атомов, которая, начиная с вклада Резерфорда и Бора в 1911 и 1912, развивалась, превратившись в современную общепризнанную теорию атома. См. также АТОМ; АТОМА СТРОЕНИЕ.Но как только было осознано важное значение открытия Зеемана, стали возникать трудности. В 1898 Т.Престон сообщил о том, что некоторые спектральные линии цинка и кадмия расщепляются на четыре компоненты, а вскоре А.Корню обнаружил, что из двух D-линий натрия, с которыми экспериментировали Фарадей и Зееман, одна расщепляется на четыре, а другая - на шесть компонент. В 1911 К.Рунге и Ф.Пашен установили, что интенсивная зеленая линия в спектре ртути расщепляется на 11 компонент. Сначала столь сильное расщепление было воспринято как "аномальный эффект Зеемана". Но вскоре стало ясно, что "нормальный эффект Зеемана" с расщеплением на три компоненты сам представляет собой исключение, и возникла необходимость в дальнейшем уточнении теории Лоренца.А.Ланде из Тюбингена нашел в 1923 (проанализировав экспериментальные данные для большого числа частных случаев) сложную общую формулу, которая позволяла точно рассчитать эффект Зеемана для любой спектральной линии. Причина, по которой для описания простых явлений, возникающих при движении атомного электрона в магнитном поле, необходима столь сложная формула, стала ясна после открытия, сделанного в 1925 С.Гаудсмитом и Дж.Уленбеком. Они обнаружили, что электрон ведет себя наподобие волчка, вращаясь вокруг собственной оси. Электродинамика показывает, что такой электрон должен вести себя как маленький магнит и что именно двойное взаимодействие с магнитным полем орбитального момента в атоме и спина приводит к сложной динамической картине.В 1926 В.Гейзенберг и П.Иордан, пользуясь методами квантовой механики, проанализировали эффект Зеемана и вывели формулу Ланде из основных принципов теории. Это исчерпывающее объяснение эффекта Зеемана явилось одним из первых триумфов новой атомной теории. Современные научные методы позволяют использовать эффект Зеемана для идентификации атомных и ядерных состояний. Формулы типа формулы Ланде, связывающие зеемановское расщепление в спектрах атомов, молекул и ядер с их вращательным движением, позволяют по данным измерения эффекта Зеемана в спектрах, обусловленного неизвестными атомными конфигурациями, выяснять характер этих конфигураций. Эффект Зеемана обычно исследуют методами спектроскопии или методами атомных и молекулярных пучков. См. также СПЕКТРОСКОПИЯ.... смотреть
расщепление уровней энергии, а следовательно, и спектральных линий атома и др. атомных систем в магн. ноле. Во внеш. магн. поле атомная система, облада... смотреть
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ, расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Во внешнем магнитном поле атомная система, обладающая магнитным моментом, приобретает дополнительную энергию и ее уровни энергии и, следовательно, спектральные линии расщепляются. Открыт в 1896 Питером Зееманом.<br><br><br>... смотреть
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ - расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Во внешнем магнитном поле атомная система, обладающая магнитным моментом, приобретает дополнительную энергию и ее уровни энергии и, следовательно, спектральные линии расщепляются. Открыт в 1896 Питером Зееманом.<br>... смотреть
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ, расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Во внешнем магнитном поле атомная система, обладающая магнитным моментом, приобретает дополнительную энергию и ее уровни энергии и, следовательно, спектральные линии расщепляются. Открыт в 1896 Питером Зееманом.... смотреть
ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ, расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Открыт голландским физиком П. Зееманом в 1896. <br>... смотреть
, расщепление уровней энергии и спектральных линий атома и других атомных систем в магнитном поле. Открыт голландским физиком П. Зееманом в 1896.