Эффект Зеемана.

В 1896 г. Зееману при помощи значительно более мощных полей и тонких спектральных приборов удалось обнаружить, что при помещении источника света между полюсами электромагнита спектральные линии испытывают расщепление. Явление это было количественно объяснено Лоренцем на основе электронной теории. Расщепление, следующее теории Лоренца, называется нормальным или простым эффектом Зеемана. Во всех остальных случаях называется аномальным или сложным эффектом Зеемана.

Объяснение простого эффекта с точки зрения классической теории.

Электрон обращается по круговой орбите. Магнитное поле пусть направлено перпендикулярно к плоскости орбиты. Сила, удерживающая электрон на орбите, по абсолютной величине равна ,

Эта сила равна центробежной силе инерции , где - частота обращения электрона в отсутствии магнитного поля.

При включении магнитного поля на электрон действует еще сила Лоренца. Влияние магнитного поля сказывается не в том, что радиус орбиты увеличивается или уменьшается, а в том, что изменяется угловая скорость обращения электрона при неизвестном радиусе орбиты. При включении магнитного поля оно не сразу достигает своей конечной величины, но устанавливается в течение известного промежутка времени. В каждый момент времени, в том числе и в установившемся состоянии, когда магнитное поле достигает своей стационарной величины H должно соблюдаться равенство между суммой кулоновской силы и силы Лоренца, с одной стороны, и центробежной, с другой.

Обозначая угловую скорость электрона в этом состоянии через , имеем, во-вторых, для численной величины силы Лоренца , т.к. и , или ,

откуда . Т.к. , то и

Величина мала по сравнению с . Пренебрегая величинойможно написать

Иными словами , - формула Лоренца.

Рассмотрим теперь более общий случай.

Пусть мы имеем диполь, причем положительный заряд пусть будет закреплен в начале координат, а электрон с зарядом – е связан с положительным зарядом квазиупругой силы. Уравнение свободных колебаний электрона . В присутствии магнитного поля появляется сила Лоренца, и уравнение колебаний после деления на m и замены :

Пусть ,

, решения в виде ,

Получим

,

,

Так как

, , .

Т. о. Частоты колебаний происходящие по осям и смещаются на величину, даваемую формулой Лоренца.

Состояние поляризации двух смещенных компонентов

В продольном направлении картина Эффекта Зеемана состоит из двух смещенных линий; обе поляризованы по правому кругу, а линия, смещенная в фиолетовую сторону, - по левому. Картина поперечного эффекта Зеемана состоит из трех линий: несмещенной и двух смещенных. Все линии линейно поляризованы: несмещенная имеет колебания электрического вектора по направлении поля, смещенные – перпендикулярно полю.

Аномальный или сложный эффект Зеемана.

Сложность картины аномального эффекта связана со сложным характером линии в отсутствии внешнего магнитного поля. Общая причина в том, Что электрон кроме электрического заряда, обладает еще и определенным магнитным моментом. Взаимодействие этого магнитного момента с магнитным полем, господствующим внутри атома, приводит к сложной структуре спектральных линий, а взаимодействие его с внешним магнитным полем – к сложному или аномальному расщеплению

Обратный эффект Зеемана.

На линиях поглощения. Если абсорбирующее вещество поместить между полюсами электромагнита, то вид спектра поглощения будет меняться при включении магнитного поля. При продольном наблюдении в отсутствии поля наблюдается резкая линия поглощения; при включении магнитного поля она заменяется двумя линиями поглощения, сдвинутыми в область больших и меньших длин волн симметрично по обе стороны от первоначальной линии; при этом величина сдвига растет пропорционально напряженности магнитного поля Н и определяется тем же соотношением

При поперечном наблюдении первоначальная линия сопровождается двумя другими, расположенными по обе стороны ее на расстоянии . Коэффициент поглощения будет зависеть от характера поляризации падающего света.