- •Атомная физика
- •© СПбГэту«лэти», 2006 Работа 1 (1.4). Исследование закономерностей теплового излучения нагретого тела
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Исследуемые закономерности
- •1.3. Экспериментальная установка
- •1.4. Задание по подготовке к работе
- •1.5. Указания к выполнению работы
- •1.6. Указания для обработки результатов
- •1.7. Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Работа 2. Исследование спектральной лучеиспускательной способности излучения нагретого тела
- •2.2. Экспериментальная установка
- •2.3. Указания по проведению эксперимента
- •2.4. Указания по обработке результатов
- •2.5. Контрольные вопросы
- •Работа 3(3.4). Исследование внешнего фотоэффекта
- •3.1. Общие сведения
- •3.2. Исследуемые закономерности
- •3.3. Задание для подготовки к работе
- •2.4. Указания к выполнению работы
- •3.5. Указания по обработке результатов
- •3.6. Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Работа 4 (8.4). Исследование эффекта зеемана методом индуцированных квантовых переходов электронов в атоме
- •4.1. Общие сведения
- •4.2. Исследуемые закономерности
- •4.3. Установка исследования эффекта резонансного поглощения, индуцированного магнитным полем
- •3.4. Задание для подготовки к работе
- •4.5. Указания по выполнению наблюдений
- •4.6. Указания по обработке результатов
- •4.7. Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Работа 5 (16.4). Исследование ядерного магнитного резонанса и определение магнитного момента ядра атома
- •5.1. Общие сведения и исследуемые закономерности
- •5.2. Экспериментальная установка и методика наблюдения ямр
- •5.3. Задание по подготовке к работе
- •5.4. Указания по выполнению наблюдений
- •5.5. Указания по обработке результатов
- •5.6. Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Работа 6 (9.4). Исследование внутреннего фотоэффекта
- •6.1. Общие сведения
- •6.2. Исследуемые закономерности
- •6.3. Экспериментальная установка
- •6.4. Указания по выполнению работы и содержанию отчета
- •Список литературы
- •Работа 7 (11.4). Исследование туннельного эффекта в вырожденном p–nПереходе
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Исследуемые закономерности
- •7.3. Экспериментальная установка
- •7.4. Указания по подготовке к работе
- •7.5. Указания по выполнению наблюдений
- •7.6. Указания по обработке результатов и содержанию отчета
- •Список литературы
- •Работа 8. Компьютерное моделирование туннельного эффекта
- •Моделируемые закономерности
- •Задание на подготовку к работе
- •Указания к выполнению работы
- •Указания по обработке результатов
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
- •Содержание
- •Работа 2. Исследование спектральной лучеиспускательной способности излучения нагретого тела
- •197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5
4.1. Общие сведения
Электроны атома создают в области пространства вблизи него магнитное поле. В эквивалентном представлении атом отождествляют с магнитным диполем, т. е. с простейшим источником магнитного поля. Ненулевое значение магнитного момента μ диполя свидетельствует о способности атома к магнитостатическому взаимодействию. Момент сили энергия взаимодействияявляются основными мерами воздействия на атом магнитного поля с индукцией В.
Суперпозиция магнитных полей, связанных с орбитальным движением и спином электронов, определяет результирующее магнитное поле атома. Собственный (спиновый) μsи орбитальныйμlмагнитный момент электрона принимают только дискретные (квантованные) значения:
, (4.1)
, (4.2)
где e– элементарный электрический заряд;me– масса покоя электрона;s– спиновое квантовое число;– элементарный магнитный момент (магнетон Бора);l – орбитальное квантовое число.
Проекции векторов s, l на ось z, вдоль которой направлена индукция B, также принимают только дискретные значения:
, (4.3)
, (4.4)
где – орбитальное магнитное квантовое число,– спиновое магнитное квантовое число.
При расчете результирующего магнитного момента многоэлектронного атома используются квантовые числа, характеризующие всю совокупность электронов: спиновое S , орбитальное L и полное J квантовое число. Для легких атомов (модель рассель-саундеровской связи) квантовые числа L и S должны удовлетворять следующим требованиям. Квантовое число L результирующего орбитального момента импульса может иметь только целое значение или нуль. Результирующее спиновое квантовое число S может принимать целое или полуцелое значение, в зависимости от количества N электронов в атоме. Если N четное число, то S принимает целочисленные значения в пределах от (1/2)N до нуля (например, для N = 6; S = 3; 2; 1; 0). В противном случае для S разрешены только полуцелые значения из интервала (1/2)N … 1/2. При фиксированных величинах L и S квантовое число J принимает одно из разрешенных значений:
. (4.5)
Совокупность квантовых чисел L, S,Jопределяет возможные значения модуля вектора результирующего магнитного момента атомаμJи его проекции на направление внешнего магнитного поля μJz:
, (4.6)
где g– множитель (фактор) Ланде:
, (4.7)
– магнитное квантовое число многоэлектронного атома. Отметим, что экспериментальные исследования магнитных моментов атомов, впервые выполненные Штерном и Герлахом (1922 г.), подтвердили дискретность значений физической величины μJz
Множитель gсодержит информацию о роли орбитального движения или спина электронов в формировании результирующего магнитного поля атома. Для атома,магнитный момент которого обусловлен только орбитальным движением электронов (S = 0), квантовое число J и множитель g принимают следующие значения: ;. При определенной конфигурации электронов в атоме возможна полная компенсация орбитальной компоненты магнитного поляL = 0. В этом случае результирующее поле атома обеспечивает суперпозиция собственных магнитных полей электронов: J = S, а фактор Ланде принимает значение, равное двум.