§3.5 Зееман− эффектісі

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

Жарық шығару және жұтылу спектрлерінің өзгеру нәтижесінде спектрлік сызықтар бірнеше компоненттерге жіктеледі. Осы энергетикалық деңгейлердің жіктелуі мен ығысуы магнит өрісінің әсерінен болса, онда ондай құбылыс Зееман эффектісідеп аталады. Бұл эффекті газдарда және буларда да айқын байқалады.

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

Шын мәнінде атом ішінде қозғалған электрондарда мұндай құбылыс болмайды, егер магнит өрісі әсер 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.

3.4-сурет

мұндағы ϳ-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) сондақтан атомдағы электронның тек орбиталдықтогы ғана алынады. Мұндай жағдайда спектрлік сызықтардың магнит өрісіндегі жіктелуі қалыпты (қарапайым) Зееман эффектісі деп аталады.

Егер электрондық қабықтағы толық спин нөлге тең болса , онда

электронның магниттік моментіде болып спектрлік сызықтары жекеленген (синглет) болады. Олар жекеленген деңгейлердегі энергиялардың ауысуынан пайда болады.

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

; ; ; (3.5.1)

Атомның магниттік моменті оның толық моментімен байланысты болады, бірақ олар бір-біріне параллель емес. Сыртқы магнит өрісін түсіргенде , толық моменті( ) магнит өрісінің айналасында бұрыш жасап айналады (3.5-сурет). Қорытқы магниттік момент өріс кернеуінің төңірегінде бұрышпен салыстырмалы түрде бағдарланады. Ал және онымен бірге және моменттері, толық моменттің ( ) айналасында бағдарланады да, бұл бұрыш айнымалы болады.

3.5-сурет

мен арасындағы магниттік әсерлесу кезіндегі энергия:

(3.5.2)

болып толық моменті ( ) айналған магниттік моментінің векторының жиілігі өзгеріп айнымалы болады. Негізінен біз −энергияның тұрақты құраушысы табуымыз қажет. Оны табу үшін магнит моментінің , толық моментке ( ) түсірілген проекциясын анықтау керек, онда оның проекциясы- , мен -тің толық моментке түсірілген проекциялары оның қосындысына тең болады: