- •Некоторые сведения из специальной теории относительности Эйнштейна.
- •Эффект Комптона.
- •Соотношение неопределенностей Гейзенберга.
- •Оценка с помощью соотношения неопределенностей основного состояния.
- •Волновая функция и её статистический смысл.
- •Частица в глубокой одномерной прямоугольной яме с бесконечно высокими стенками.
- •Потенциальная ступень.
- •Потенциальный барьер конечной ширины.
- •Линейный квантовый гармонический осциллятор.
- •Потенциал Морзе.
- •Уравнение Шредингера для жёсткого ротатора.
- •Двухатомная молекула как квантовый жёсткий ротатор. Вращательный спектр двухатомной молекулы.
- •Атом водорода по теории Бора.
- •Атом водорода в квантовой механике.
- •1Sсостояние электрона в атоме водорода.
- •Орбитальный момент импульса электрона. Орбитальный магнитный момент. Орбитальное гиромагнитное отношение.
- •Спин-орбитальное взаимодействие(сов).
- •Одноэлектронный атом. Сложение векторов момента импульса в квантовой механике. Полный момент импульса электрона в атоме. Внутренне квантовое число электрона.
- •Многоэлектронный атом. Виды связей в атоме. Полный механический момент атома. Атомные термы.
- •Магнитный момент атома. Фактор Ланде (g-фактор). Квантование магнитного момента атома. Магнитное квантовое число. Кратность вырождения. Снятие вырождения по магнитному квантовому числу.
- •Атом в магнитном поле. Сильные и слабые магнитные поля. Энергетические состояния в сильном и слабом магнитных полях.
- •Простой (нормальный) эффект Зеемана.
- •Квантовая статистика.
- •Статистика Бозе-Эйншиейна.
- •Статистика Ферми-Дирака.
- •Понятие о квантовой теории теплоёмкости.
Магнитный момент атома. Фактор Ланде (g-фактор). Квантование магнитного момента атома. Магнитное квантовое число. Кратность вырождения. Снятие вырождения по магнитному квантовому числу.
J=L+S
Магнитные механические моменты атома связаны между собой гиромагнитным отношением:
μL=LL= -g1|e|/2m(g1=1)
μS=LS=-g2|e|/2m(g2=2)
Для любого случая получаем, что
μJ/LJ=-g|e|/2m
g=1+[J(J+1)+S(S+1)-L(L+1)] /2J(J+1)]
Во всех задачах при нахождении g-фактора необходимо определить полный терм атома. и когда терм определён из него берутсяJ,S,L.
Величина магнитного момента атома J квантована, также квантована проекция на выделенное направлениеz JZ :
M JZ=gμБ-mJ
mJ=-J,…,0,…..+J.
(2J+1) значений
Вырождение по магнитному квантовому числу заключается в том, что в отсутствии магнитного поля и при СОВ характеризуется одним и тем же значением энергии. И кратность вырождения равна числу возможных значений mJ,т.е.(2J+1). Вырождение снимается при внесении атома в магнитное поле или при учёте СОВ.
Атом в магнитном поле. Сильные и слабые магнитные поля. Энергетические состояния в сильном и слабом магнитных полях.
E= -·= -μB·cosν= -μZ·B
При помещении атома в магнитное поле магнитный момент взаимодействует с внешним магнитным полем, и характер этого взаимодействия существенно зависит от соотношения между величиной Eslи Е=-μJZ·B. Различают два случая:
1)когда Esl>>E–это слабые поля
2) когда Esl<<E–это сильные поля
В слабом поле магнитный момент атомаJкак единое целое взаимодействует с магнитным полем (J=L+S) и это взаимодействие на “классическом” языке можно представить как прецессиюJотносительно поля. У атома появляется добавочная энергия , равнаяE=gmJμБB
Тогда энергия атома принимает одно из значений E=E0+gmJμБB, где
E0-это энергия атома в отсутствие внешнего магнитного поля. Об этом эффекте принято говорить, как о расщеплении уровней энергий атома в магнитном поле, например:
J=2 слабые поля
При этом происходит снятие вырождения по магнитному квантовому числу mJ, и каждому уровню теперь соответствует своё значение энергии.
В сильных полях энергия взаимодействия магнитного поля, как со спиновым магнитным моментом атома, так и с орбитальным моментом атома, всегда много больше СОВ, и принято говорить, что при этом спин-орбитальная связь полностью разрывается, L+Sбудут прецессировать около направления внешнего поля по отдельности.
И каждый из этих моментов прецессируют со своей частотой прецессии, причём . Энергия взаимодействия атома с магнитным полем будет складываться из двух абсолютно независящих друг от друга спинового и орбитального момента с магнитным полем
E=E0+gmJμБB+gmSμБB
Сложный (аномальный) эффект Зеемана. Частоты излучения атома и вычисление частот при сложном эффекте Зеемана.
Атом, находящийся в возбужденном состоянии, может самопроизвольно переходить в состояние более низкой энергии при излучении кванта энергий, в том числе это относится и к атому, который помещён в магнитное поле и находится в одном из состояний энергий:
E’=E0’+g’mJ’μБB, где
E0- энергия атома без поля.
И это состояние характеризуется квантовыми числами L’,S’,J’,mJ’, и пусть этот атом переходит в другое состояние:
E”=E0”+g”mJ”μБB, характеризующееся квантовыми числамиL”,S”,J”,mJ”.
Законы сохранения требуют, чтобы при переходе выполнялись правила отбора, а именно:
ΔL=1
Δj=0;±1
Δ mJ=0;±1
ΔS=0
Если эти условия не выполняются, то вероятность перехода в состояние с более низкой энергией очень маловероятна. Рассчитаем частоты излучения при сложном эффекте Зеемана:
Атом переходит из состояния E” вE’и получается:
ε=Ћω=ΔE0+μБB(g”mJ”-g’mJ’)
ω=ΔE0/Ћ+μБB(g”mJ”-g’mJ’)/Ћ
ω0=ΔE0/Ћ- частота в отсутствии магнитного поля.
Число спектральных линий излучаемого вещества определяется числом возможных частот, определяемых с помощью правил отбора.
Пример
Пусть атом переходит из состояния 2P3/2→2S1/2
ΔS=0
ΔL=1
ΔJ=1
Переход в отсутствие магнитного поля разрешён
mJ=-J,…,0,…..+J