11 Рентгенівське випромінювання. Магнітні властивості атомів

11.1 Мета заняття

Засвоїти закони, яким підпорядковуються основні характеристики гальмівного та характеристичного рентгенівського випромінювання, розглянути магнітні властивості атома. Навчитись розв’язувати задачі на основі цих законів.

11.2 Методичні вказівки щодо організації самостійної роботи студентів

Під час підготовки до практичного заняття вивчити теоретичний матеріал за конспектом лекцій або підручником [2, розд. 2.3, 6.6, 7.1; 4, § 8, 33-35, 38]. Рентгенівське випромінювання, що підтверджує квантову природу випромінювання, існує двох видів – гальмівне та характеристичне. Для того, щоб успішно розв’язувати задачі, перш за все потрібно зрозуміти фізичну природу та умови виникнення рентгенівського випромінювання, запам’ятати формулу для короткохвильової межі рентгенівського спектра та вивчити закон Мозлі.

При вивченні магнітних властивостей атома та теорії ефекту Зеємана потрібно звернути особливу увагу на квантову природу величин, які характеризують ці властивості.

Після теоретичної підготовки треба відповісти на контрольні запитання, ретельно розібрати розв’язок задач, що наведені у прикладах.

11.3 Основні закони і формули

1. Короткохвильова межа суцільного рентгенівського спектра

,

де – заряд електрона,

–різниця потенціалів, яка прикладена до рентгенівської трубки,

–стала Планка,

–швидкість світла,

–максимальна кінетична енергія електронів.

2. Закон Мозлі у загальному випадку

,

де – частота ліній рентгенівського спектра,

–атомний номер елемента, який випромінює цей спектр,

–стала екранування,

–стала.

3. Закон Мозлі для – ліній:

,

або ,

де с^-1 м^-1– стала Ридберга.

4. Магнітний момент атома

,

де – магнетон Бора,

–множник (або фактор) Ланде.

5. Множник (або фактор) Ланде

,

де –квантове число повного моменту імпульсу, (,,…,).

–повне спінове квантове число,

–повне орбітальне квантове число.

6. Проекція магнітного моменту атома на напрямок зовнішнього магнітного поля

,

де – повне магнітне квантове число ().

7. Сила, що діє на атом в неоднорідному магнітному полі

,

де – градієнт магнітної індукції.

8. Енергія атому в магнітному полі з індукцією

.

9. Частота ларморової прецесії

,

де – маса електрона,

–індукція магнітного поля.

10. Величина розщеплення спектральної лінії при ефекті Зеємана

а) аномальному

,

де ,– магнітні квантові числа та множники Ланде термів, між якими відбувається перехід.

б) нормальному

, .

11. Правила відбору для квантових чисел

; ;

; ;

;.

11.4 Контрольні запитання та завдання

1. Яке рентгенівське випромінювання називається гальмівним? Сформулюйте умови його виникнення.

2. Яке рентгенівське випромінювання називається характеристичним? Сформулюйте умови його виникнення.

3. Сформулюйте закон Мозлі.

4. Чому дорівнює магнітний момент електрона? Які квантові числа визначають цю величину?

5. Як визначити магнітний момент багатоелектронного атома?

6. Чому дорівнює фактор Ланде?

7. Чому дорівнює проекція магнітного моменту атома на напрямок зовнішнього магнітного поля?

8. Які значення може мати квантове число , що визначає проекцію магнітного моменту атома на вісь?

9. Чому дорівнює сила, яка діє на атом в магнітному полі?

10. Як визначити зміщення спектральних ліній у випадку нормального ефекту Зеємана?

11. Яка формула визначає зміщення спектральних ліній для аномального ефекту Зеємана?

12. Сформулюйте правила відбору для квантових чисел.