يمتلك الإلكترون زخمًا زاويًا ميكانيكيًا خاصًا به L s، يُسمى الدوران. الدوران هو خاصية متكاملة للإلكترون، مثل شحنته وكتلته. يتوافق دوران الإلكترون مع عزمه المغناطيسي P s، بما يتناسب مع L s وموجه في الاتجاه المعاكس: P s = g s L s، g s هي النسبة الجيرومغناطيسية لحظات الدوران. إسقاط العزم المغناطيسي الخاص على اتجاه المتجه B: P sB =eh/2m= B ، حيثh=h/2، B = Bohr Magneton. إجمالي العزم المغناطيسي للذرة p a = المجموع المتجه للعزوم المغناطيسية للإلكترون الذي يدخل الذرة: P a =p m +p ms. تجربة ستيرن وجيرلاخ. ومن خلال قياس العزوم المغناطيسية، اكتشفوا أن شعاعًا ضيقًا من ذرات الهيدروجين في مجال مغناطيسي غير منتظم ينقسم إلى شعاعين. بالرغم من أنه في هذه الحالة (كانت الذرات في الحالة S) فإن الزخم الزاوي للإلكترون هو 0، وكذلك العزم المغناطيسي للذرة هو 0، وبالتالي فإن المجال المغناطيسي لا يؤثر على حركة ذرة الهيدروجين، أي ، لا ينبغي أن يكون هناك تقسيم. ومع ذلك، أظهرت دراسات أخرى أن الخطوط الطيفية لذرات الهيدروجين تظهر مثل هذا الهيكل حتى في حالة عدم وجوده المجال المغنطيسي. بعد ذلك، وجد أن هذا الهيكل من الخطوط الطيفية يفسر بحقيقة أن الإلكترون لديه لحظة ميكانيكية غير قابلة للتدمير، تسمى الدوران.
21. العزم المداري والدوراني والزاوي الكلي والمغناطيسي للإلكترون.
يمتلك الإلكترون زخمًا زاويًا خاصًا به M S، وهو ما يسمى الدوران. يتم تحديد قيمتها وفقًا للقوانين العامة لميكانيكا الكم: M S = h= h[(1/2)*(3/2)]=(1/2) h3, M l = ح – اللحظة المدارية. يمكن أن يأخذ الإسقاط قيمًا كمومية تختلف عن بعضها البعض بمقدار h. M Sz =m S h، (m s =S)، M lz =m l h. للعثور على قيمة العزم المغناطيسي الجوهري، اضرب M s في النسبة s إلى M s، s – العزم المغناطيسي الجوهري:
s =-eM s /m e c=-(e h/m e c)=- B 3, B – Bohr Magneton.
العلامة (-) لأن M s و s موجهتان في اتجاهين مختلفين. تتكون لحظة الإلكترون من اثنين: المداري M l والدوران M s. تتم هذه الإضافة وفقًا لنفس قوانين الكم التي يتم من خلالها إضافة العزوم المدارية للإلكترونات المختلفة: Мj= h, j هو العدد الكمي للزخم الزاوي الإجمالي.
22. الذرة في مجال مغناطيسي خارجي. تأثير زيمان .
تأثير زيمان هو تقسيم مستويات الطاقة عندما تتعرض الذرات لمجال مغناطيسي. يؤدي تقسيم المستوى إلى تقسيم الخطوط الطيفية إلى عدة مكونات. ويسمى أيضًا انقسام الخطوط الطيفية عندما تتعرض الذرات المنبعثة لمجال مغناطيسي بتأثير زيمان. يتم تفسير تقسيم زيمان للمستويات من خلال حقيقة أن الذرة التي لها عزم مغناطيسي j تكتسب طاقة إضافية E=- jB B في مجال مغناطيسي، jB هو إسقاط العزم المغناطيسي على اتجاه المجال. jB =- B gm j , E= B gm j , ( j =0, 1,…, J). يتم تقسيم مستوى الطاقة إلى مستويات فرعية، ويعتمد حجم الانقسام على الأرقام الكمومية L، S، J لمستوى معين.
العزوم الميكانيكية والمغناطيسية للإلكترون
العزم المغناطيسي المداري للإلكترون
وكما هو معروف فإن كل تيار يولد مجالا مغناطيسيا. لذلك، فإن الإلكترون الذي تختلف عزمه الميكانيكي المداري عن الصفر يجب أن يكون له أيضًا عزم مغناطيسي.
من المفاهيم الكلاسيكية، فإن الزخم الزاوي له شكل
أين هي السرعة ونصف قطر انحناء المسار.
العزم المغناطيسي للتيار المغلق مع المساحة يخلق عزمًا مغناطيسيًا
هي الوحدة الطبيعية للمستوى، وهي شحنة الإلكترون وكتلته.
وبمقارنة (3.1) و (3.2) نحصل على
ترتبط العزم المغناطيسي بالعزم الميكانيكي بواسطة مضاعف
والتي تسمى النسبة المغناطيسية الميكانيكية (الجايرومغناطيسية) للإلكترون.
بالنسبة للإسقاطات اللحظية لدينا نفس الاتصال
يتم الانتقال إلى ميكانيكا الكم عن طريق استبدال المعادلات العددية بمعادلات المشغل
الصيغ (3.5) و (3.6) صالحة ليس فقط للإلكترون الموجود في الذرة، ولكن أيضًا لأي جسيمات مشحونة لها عزم ميكانيكي.
القيمة الذاتية للمشغل تساوي
أين هو رقم الكم المغناطيسي (انظر القسم 2.1)
ويسمى الثابت بمغنيتون بور
في وحدات SI هو J/T.
وبنفس الطريقة، يمكنك الحصول على القيم الذاتية للحظة المغناطيسية
أين هو رقم الكم المداري.
غالبا ما يستخدم التسجيل
أين . يتم حذف علامة الطرح في بعض الأحيان.
العزوم الميكانيكية والمغناطيسية الجوهرية للإلكترون (الدوران)
يتمتع الإلكترون بدرجة رابعة من الحرية، والتي ترتبط بالعزم الميكانيكي (وبالتالي المغناطيسي) للإلكترون - الدوران. يأتي وجود الدوران من معادلة ديراك النسبية
حيث هي مصفوفة متجهة، وهي مصفوفات ذات أربعة صفوف.
بما أن الكميات عبارة عن مصفوفات مكونة من أربعة صفوف، فيجب أن تحتوي الدالة الموجية على أربعة مكونات، والتي يمكن كتابتها بسهولة كعمود. لن ننفذ الحلول (3.12)، لكننا سنفترض وجود الدوران (العزم الجوهري) للإلكترون كأحد المتطلبات التجريبية، دون محاولة شرح أصله.
دعونا نتناول بإيجاز تلك الحقائق التجريبية التي يتبعها وجود دوران الإلكترون. أحد هذه الأدلة المباشرة هو نتائج تجربة الفيزيائيين الألمان شتيرن وجيرلاخ (1922) في التكميم المكاني. في هذه التجارب، تم تمرير حزم من الذرات المحايدة عبر منطقة تم فيها إنشاء مجال مغناطيسي غير منتظم (الشكل 3.1). في مثل هذا المجال، يكتسب الجسيم ذو العزم المغناطيسي الطاقة وستؤثر عليه قوة
والتي يمكنها تقسيم الشعاع إلى مكونات فردية.
قامت التجارب الأولى بفحص حزم من ذرات الفضة. تم تمرير الشعاع على طول المحور، ولوحظ الانقسام على طول المحور. المكون الرئيسي للقوة يساوي
إذا لم تكن ذرات الفضة مثارة وكانت في المستوى الأدنى، أي في الحالة ()، فلا ينبغي أن تنقسم الحزمة على الإطلاق، لأن العزم المغناطيسي المداري لهذه الذرات هو صفر. بالنسبة للذرات المثارة ()، يجب أن ينقسم الشعاع إلى عدد فردي من المكونات بما يتوافق مع عدد القيم الممكنة لعدد الكم المغناطيسي ().
وفي الواقع، لوحظ انقسام الشعاع إلى مكونين. وهذا يعني أن العزم المغناطيسي الذي يسبب الانقسام له إسقاطان على اتجاه المجال المغناطيسي، ويأخذ العدد الكمي المقابل قيمتين. دفعت نتائج التجربة الفيزيائيين الهولنديين أولينبيك وجودسميت (1925) إلى طرح فرضية حول يمتلك الإلكترون لحظاته الميكانيكية والمغناطيسية المرتبطة به.
وبالقياس على الرقم المداري، نقدم الرقم الكمي، الذي يميز الزخم الميكانيكي للإلكترون. دعونا نحدد من خلال عدد الانقسامات. لذلك،
يُطلق على الرقم الكمي اسم العدد الكمي المغزلي، وهو يميز الزخم الزاوي الجوهري أو المغزلي (أو ببساطة "اللف المغزلي"). إن رقم الكم المغناطيسي، الذي يحدد إسقاطات العزم الميكانيكي المغزلي والعزم المغناطيسي المغزلي، له معنيان. بما أن ، a، فلا توجد قيم أخرى، وبالتالي،
شرط يلفيأتي من كلمة إنجليزية يلف، وهو ما يعني تدور.
يتم قياس الزخم الزاوي للإلكترون وإسقاطه وفقًا للقواعد المعتادة:
كما هو الحال دائمًا، عند قياس كمية ما، يتم الحصول على إحدى القيمتين المحتملتين. قبل القياس، أي تراكب منهم ممكن.
لا يمكن تفسير وجود الدوران عن طريق دوران الإلكترون حول محوره. يمكن الحصول على القيمة القصوى لعزم الدوران الميكانيكي إذا تم توزيع كتلة الإلكترون على طول خط الاستواء. ثم، للحصول على حجم لحظة الترتيب، يجب أن تكون السرعة الخطية للنقاط الاستوائية م/ث (م هو نصف القطر الكلاسيكي للإلكترون)، أي أكبر بكثير من سرعة الضوء. وبالتالي، فإن المعالجة غير النسبية للدوران أمر مستحيل.
دعنا نعود إلى تجارب ستيرن وجيرلاخ. بمعرفة حجم الانقسام (حسب الحجم)، يمكننا حساب حجم إسقاط عزم الدوران المغناطيسي على اتجاه المجال المغناطيسي. وهو يشكل مغنطون بور واحد.
نحصل على العلاقة بين و:
ضخامة
تسمى النسبة المغناطيسية الميكانيكية الدورانية وهي ضعف النسبة المغناطيسية الميكانيكية المدارية.
يوجد نفس الاتصال بين العزم المغناطيسي والميكانيكي المغزلي:
فلنجد الآن القيمة:
ومع ذلك، فمن المعتاد أن نقول أن العزم المغناطيسي للإلكترون يساوي مغنطون بور واحد. لقد تطور هذا المصطلح تاريخيًا ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه عند قياس العزم المغناطيسي، فإننا عادةً ما نقيس إسقاطه، وهو يساوي بالضبط 1.
العزوم الميكانيكية والمغناطيسية الجوهرية (الدوران)
الأساس المنطقي لوجود الدوران. تسمح معادلة شرودنجر للشخص بحساب طيف الطاقة للهيدروجين والذرات الأكثر تعقيدًا. ومع ذلك، فقد أظهر التحديد التجريبي لمستويات الطاقة الذرية أنه لا يوجد اتفاق كامل بين النظرية والتجربة. كشفت القياسات الدقيقة عن البنية الدقيقة للمستويات. جميع المستويات، باستثناء المستوى الرئيسي، مقسمة إلى عدد من المستويات الفرعية القريبة جدًا. على وجه الخصوص، المستوى الأول المثار لذرة الهيدروجين ( ن= 2) ينقسم إلى مستويين فرعيين بفارق طاقة قدره 4.5 10 -5 فقط فولت. بالنسبة للذرات الثقيلة، يكون حجم الانقسام الدقيق أكبر بكثير من الذرات الخفيفة.
كان من الممكن تفسير هذا التناقض بين النظرية والتجربة باستخدام الافتراض (Uhlenbeck، Goudsmit، 1925) بأن الإلكترون لديه درجة داخلية أخرى من الحرية - الدوران. وفقًا لهذا الافتراض، فإن الإلكترون ومعظم الجسيمات الأولية الأخرى، بالإضافة إلى الزخم الزاوي المداري، لها أيضًا زخمها الزاوي الميكانيكي الخاص بها. هذه اللحظة الجوهرية تسمى الدوران.
إن وجود الدوران على الجسيمات الدقيقة يعني أنه في بعض النواحي يشبه قمة الغزل الصغيرة. ومع ذلك، فإن هذا التشبيه شكلي تمامًا، نظرًا لأن قوانين الكم تغير بشكل كبير خصائص الزخم الزاوي. وفقا لنظرية الكم، يمكن أن يكون للجسيمات الدقيقة لحظة خاصة بها. إحدى الخصائص الكمومية المهمة وغير التافهة للدوران هي أنه وحده القادر على تحديد الاتجاه المفضل في الجسيم.
يؤدي وجود لحظة ميكانيكية جوهرية في الجزيئات المشحونة كهربائيًا إلى ظهور عزم مغناطيسي خاص بها (تدور)، يتم توجيهه، اعتمادًا على علامة الشحن، بالتوازي (شحنة موجبة) أو معاكسة (شحنة سالبة) لمتجه الدوران. يمكن أن يكون للجسيم المحايد، على سبيل المثال، النيوترون، عزم مغناطيسي خاص به.
تمت الإشارة إلى وجود دوران في الإلكترون من خلال تجارب ستيرن وجيرلاخ (1922) من خلال ملاحظة انقسام شعاع ضيق من ذرات الفضة تحت تأثير مجال مغناطيسي غير متجانس (في مجال متجانس، يغير العزم الاتجاه فقط؛ فقط في الحقل غير المتجانس يتحرك بشكل انتقالي إما على طول المجال أو ضده اعتمادًا على الاتجاه النسبي للمجال). تكون ذرات الفضة غير المثارة في حالة s متناظرة كرويًا، أي ذات زخم مداري يساوي الصفر. إن العزم المغناطيسي للنظام، المرتبط بالحركة المدارية للإلكترون (كما في النظرية الكلاسيكية)، يتناسب طرديا مع العزم الميكانيكي. إذا كان الأخير صفرًا، فيجب أن يكون العزم المغناطيسي أيضًا صفرًا. وهذا يعني أن المجال المغناطيسي الخارجي لا ينبغي أن يؤثر على حركة ذرات الفضة في الحالة الأرضية. وتظهر التجربة أن مثل هذا التأثير موجود.
في التجربة، تم تقسيم شعاع من الفضة والفلزات القلوية وذرات الهيدروجين، ولكن دائماًلوحظ فقط حزمتين، تنحرف بالتساوي في اتجاهين متعاكسين وتقع بشكل متناظر بالنسبة للحزمة في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي. لا يمكن تفسير ذلك إلا من خلال حقيقة أن العزم المغناطيسي لإلكترون التكافؤ في وجود مجال يمكن أن يأخذ قيمتين متطابقتين في الحجم ومتعاكستين في الإشارة.
النتائج التجريبية تؤدي إلى استنتاج مفاده أن أن الانقسام في المجال المغناطيسي لحزمة ذرات المجموعة الأولى الجدول الدوري، من الواضح في الحالة s، إلى مكونين يتم تفسيره من خلال حالتين محتملتين للحظة المغناطيسية الدورانية لإلكترون التكافؤ.تبين أن حجم إسقاط اللحظة المغناطيسية على اتجاه المجال المغناطيسي (هذا هو الذي يحدد تأثير الانحراف)، الذي تم العثور عليه في تجارب ستيرن وجيرلاخ، كان مساويا لما يسمى بور مغناطيسي
يتم تفسير البنية الدقيقة لمستويات الطاقة للذرات التي تحتوي على إلكترون تكافؤ واحد من خلال وجود الدوران في الإلكترون على النحو التالي. في الذرات (باستثناء ق-الحالة) بسبب الحركة المدارية، توجد تيارات كهربائية، يؤثر مجالها المغناطيسي على اللحظة المغناطيسية الدورانية (ما يسمى بالتفاعل الدوراني المداري). يمكن توجيه العزم المغناطيسي للإلكترون إما على طول المجال أو ضده. تختلف الحالات ذات اتجاهات الدوران المختلفة قليلاً في الطاقة، مما يؤدي إلى انقسام كل مستوى إلى مستويين. سيكون للذرات التي تحتوي على عدة إلكترونات في الغلاف الخارجي بنية دقيقة أكثر تعقيدًا. وهكذا، في الهيليوم، الذي يحتوي على إلكترونين، هناك خطوط مفردة (مفردة) في حالة السبينات المتوازية (إجمالي السبين هو صفر - باراهيليوم) وخطوط ثلاثية (ثلاثية) في حالة السبينات المتوازية (إجمالي السبين هو ح- orthohelium)، والتي تتوافق مع ثلاثة إسقاطات محتملة على اتجاه المجال المغناطيسي للتيارات المدارية للدوران الكلي لإلكترونين (+ح، 0، -ح).
وهكذا، أدى عدد من الحقائق إلى ضرورة إسناد درجة داخلية جديدة من الحرية للإلكترونات. ل وصف كاملمع ثلاث إحداثيات أو أي ثلاثية أخرى من الكميات التي تشكل مجموعة ميكانيكية الكم، من الضروري أيضًا تحديد قيمة إسقاط الدوران على الاتجاه المختار (لا يلزم تحديد معامل الدوران، لأنه مع الخبرة ويظهر أنه لا يتغير لأي جسيم تحت أي ظرف).
إسقاط الدوران، مثل إسقاط الزخم المداري، يمكن أن يتغير بمضاعفات ح. نظرًا لأنه تم ملاحظة اتجاهين فقط لدوران الإلكترون، فقد افترض أولينبيك وجودسميت أن إسقاط دوران الإلكترون س ضلأي اتجاه يمكن أن يأخذ قيمتين: س ض = ±ح/2.
في عام 1928، حصل ديراك على معادلة كمومية نسبية للإلكترون، والتي يتبعها وجود الإلكترون ودورانه ح/2دون أي فرضيات خاصة.
البروتون والنيوترون لهما نفس الدوران 1/2 مثل الإلكترون. دوران الفوتون يساوي 1. ولكن بما أن كتلة الفوتون صفر، فمن الممكن أن يكون هناك اثنان، وليس ثلاثة، من إسقاطاته +1 و -1. يتوافق هذان الإسقاطان في الديناميكا الكهربائية لماكسويل مع استقطابين دائريين محتملين للموجة الكهرومغناطيسية، في اتجاه عقارب الساعة وعكس اتجاه عقارب الساعة بالنسبة لاتجاه الانتشار.
خصائص الدفعة الدافعة الإجمالية.كلا من الزخم المداري M وزخم الدوران S عبارة عن كميات تأخذ قيمًا كمومية منفصلة فقط. دعونا الآن نفكر في كمية الحركة الزاوية الكلية، وهي المجموع المتجه للعزوم المذكورة.
نحن نحدد مشغل الزخم الزاوي الإجمالي كمجموع المشغلين و
المشغلون والتنقلات، حيث أن المشغل يعمل بناءً على الإحداثيات، لكن المشغل لا يعمل بناءً عليها. يمكن أن يظهر ذلك
أي أن إسقاطات الزخم الزاوي الإجمالي لا تتنقل مع بعضها البعض بنفس الطريقة التي تتنقل بها إسقاطات الزخم المداري. يتنقل المشغل مع أي إسقاط، مما يعني أن المشغل والمشغل لأي إسقاط (باستثناء واحد) يتوافقان الكميات الفيزيائيةوالمتعلقة بعدد تلك التي يمكن قياسها في وقت واحد. يتنقل المشغل أيضًا مع المشغلين و.
حددنا حالة الإلكترون في مجال القوة المركزية بثلاثة أرقام كمومية: ن، ل، م.مستويات الكم ه نتم تحديدها بشكل عام بواسطة رقمين كميين ن، ل.في هذه الحالة، لم يتم أخذ دوران الإلكترون بعين الاعتبار. إذا أخذنا الدوران أيضًا في الاعتبار، فسيتبين أن كل حالة تكون مزدوجة بشكل أساسي، نظرًا لاحتمال وجود اتجاهين للدوران س ض = جلالة ق ; م ق = ±1/2. وهكذا يضاف ربع إلى أرقام الكم الثلاثة م ق، أي أنه يجب الإشارة إلى الدالة الموجية مع مراعاة الدوران.
لكل مصطلح ه ن، للدينا (2 ل+ 1) حالات مختلفة في اتجاه الزخم المداري (رقم م) ، تتحلل كل منها بدورها إلى حالتين تختلفان في الدوران. وبالتالي هناك 2(2 ل+ 1) -انحطاط الطية.
إذا أخذنا في الاعتبار الآن التفاعل الضعيف للدوران مع المجال المغناطيسي للتيارات المدارية، فإن طاقة الحالة ستعتمد أيضًا على اتجاه الدوران بالنسبة إلى الزخم المداري. إن تغير الطاقة أثناء مثل هذا التفاعل يكون صغيراً مقارنة بفرق الطاقة بين المستويات المختلفة ن، لوبالتالي فإن الخطوط الجديدة التي تنشأ تكون قريبة من بعضها البعض.
وبالتالي، فإن الاختلاف في اتجاهات عزم الدوران بالنسبة للمجال المغناطيسي الداخلي للذرة يمكن أن يفسر أصل تعدد الخطوط الطيفية. ويترتب على ذلك أنه بالنسبة للذرات التي تحتوي على إلكترون ضوئي واحد، فإن الثنائيات فقط (الخطوط المزدوجة) ممكنة بسبب اتجاهين لدوران الإلكترون. تم تأكيد هذا الاستنتاج من خلال البيانات التجريبية. دعونا ننتقل الآن إلى ترقيم المستويات الذرية مع الأخذ بعين الاعتبار البنية المتعددة. عند الأخذ في الاعتبار التفاعل بين المدار، لا يكون للزخم المداري ولا زخم الدوران قيمة محددة في حالة ذات طاقة محددة (لا يتنقل المشغلون مع المشغل). وفقًا للميكانيكا الكلاسيكية، سيكون لدينا مبادرة النواقل وحول ناقل عزم الدوران الإجمالي، كما هو موضح في الشكل. 20. يظل إجمالي اللحظة ثابتًا. ويحدث موقف مماثل في ميكانيكا الكم. عند الأخذ في الاعتبار تفاعل الدوران، فإن اللحظة الإجمالية فقط لها قيمة معينة في حالة ذات طاقة معينة (يتنقل المشغل مع المشغل). لذلك، عند الأخذ في الاعتبار التفاعل بين المدار، يجب تصنيف الحالة وفقًا لقيمة اللحظة الإجمالية. يتم قياس اللحظة الإجمالية وفقًا لنفس القواعد مثل اللحظة المدارية. أي إذا قدمنا الرقم الكمي ي، الذي يحدد اللحظة ج، الذي - التي
والإسقاط إلى بعض الاتجاه هو 0 ضيهم ج ض = جلالة ي، بينما ي= ل + ل ق (ل ق= S)، إذا كان الدوران موازيا للعزم المداري، و ي= | ل - ل ق|. على نفس المنوال م ي = م+م ق (م ق= ±1/2). بما أن l,m عبارة عن أعداد صحيحة، و ل ق ، ل م- نصفين إذن
ي = 1/2, 3/2, 5/2, … ; م ي= ±1/2، ±3/2، …، ± ي.
اعتمادا على اتجاه الدوران، ستكون طاقة المصطلح مختلفة، وهي ستكون ي = ل+ ½ و ي = |ل- س|. لذلك، في هذه الحالة، ينبغي تحديد مستويات الطاقة أرقام ن، لوالرقم j الذي يحدد العزم الإجمالي هو E = E nlj.
ستعتمد دوال الموجة على متغير الدوران S z وستكون مختلفة باختلاف j: .
مستويات الكم في معين ل، مختلفين في المعنى ي، قريبة من بعضها البعض (تختلف في طاقة التفاعل في المدار الدوراني). أربعة من الأرقام ن، ل، ي، م ييمكن أن تأخذ القيم التالية:
ن= 1, 2, 3,…; ل= 0, 1, 2,…, ن- 1; ي = ل + ل قأو | ل - ل ق |; ل ق= ±1/2؛
-ي ؟ م ي ؟ ي.
يُشار إلى قيمة اللحظة المدارية l في التحليل الطيفي بالأحرف s وp وd وf وما إلى ذلك. يتم وضع رقم الكم الرئيسي أمام الحرف. الرقم موضح في أسفل اليمين ي.لذلك، على سبيل المثال، المستوى (الحراري) مع ن= 3، ل = 1، ي= 3/2 تم تعيينه كـ 3 ص 3/2. يوضح الشكل 21 رسمًا تخطيطيًا لمستويات الذرة الشبيهة بالهيدروجين مع مراعاة البنية المتعددة. خطوط 5890؟ و 5896؟ استمارة
ثنائي الصوديوم الشهير: الخطوط الصفراء D2 و D1. 2 ق- المدى بعيد عن 2 ص-مصطلحات كما ينبغي أن تكون في الذرات الشبيهة بالهيدروجين ( ل- إزالة الانحطاط).
كل مستوى من المستويات التي تم النظر فيها ه nlينتمي إلى (2 ي+ 1) حالات مختلفة في العدد م ي، أي اتجاه إجمالي اللحظة J في الفضاء. فقط عند تطبيق حقل خارجي يمكن فصل مستويات الدمج هذه. وفي غياب مثل هذا المجال لدينا (2 ي+1)-انحطاط الطية. لذلك المصطلح 2 ق 1/2 لديه انحطاط 2: حالتان تختلفان في اتجاه الدوران. المصطلح 2 ص 3/2 له انحطاط أربعة أضعاف حسب توجهات اللحظة ج, م ي= ±1/2، ±3/2.
تأثير زيمان.اكتشف ب. زيمان، أثناء دراسة طيف انبعاث بخار الصوديوم الموجود في مجال مغناطيسي خارجي، تقسيم الخطوط الطيفية إلى عدة مكونات. لاحقًا، وعلى أساس مفاهيم ميكانيكا الكم، تم تفسير هذه الظاهرة من خلال تقسيم مستويات الطاقة الذرية في المجال المغناطيسي.
لا يمكن للإلكترونات الموجودة في الذرة أن تكون إلا في حالات منفصلة معينة، عند تغيير كمية الضوء المنبعثة أو الممتصة. تعتمد طاقة المستوى الذري على الزخم المداري الكلي، الذي يتميز بالرقم الكمي المداري ل، واللف الكلي لإلكتروناتها، والذي يتميز بالرقم الكمي المغزلي س. رقم ليمكن أن تقبل فقط الأعداد الصحيحة، وعدد س- الأعداد الصحيحة ونصف الأعداد الصحيحة (بالوحدات ح). في الاتجاه الذي يمكنهم اتخاذه وفقًا لذلك (2 ل+ 1) و (2 س+ 1) المواقف في الفضاء. وبالتالي مستوى البيانات لو سالمنحلة: تتكون من (2 ل+ 1)(2S +1) المستويات الفرعية، التي تتزامن طاقاتها (إذا لم يؤخذ التفاعل بين المدار والدوران في الاعتبار).
ومع ذلك، فإن التفاعل بين المدار يؤدي إلى حقيقة أن طاقة المستويات لا تعتمد فقط على الكميات لو س،ولكن أيضا من الموقف النسبيناقلات الزخم المداري وتدور. ولذلك، فإن الطاقة تعتمد على عزم الدوران الكلي م = م ل + م س، يحددها عدد الكم ج، والمستوى مع المعطى لو سينقسم إلى عدة مستويات فرعية (تشكيل متعدد) مع اختلاف ج. ويسمى هذا التقسيم بنية المستوى الدقيق. بفضل البنية الدقيقة، يتم أيضًا تقسيم الخطوط الطيفية. على سبيل المثال، د-خط الصوديوم يتوافق مع الانتقال من المستوى ل = 1 , س= ½ لكل مستوى ج ل = 0, س= س. أولها (المستويات) هو مزدوج يتوافق مع القيم المحتملة ج= 3/2 و ج= Ѕ ( ج =ل + س; س= ±1/2)، والثاني ليس له بنية دقيقة. لهذا السبب د-الخط يتكون من خطين متقاربين جداً طولهما الموجي 5896؟ و5890؟.
لا يزال كل مستوى من المستويات المتعددة متدهورًا بسبب إمكانية توجيه العزم الميكانيكي الإجمالي في الفضاء على طول (2 ي+ 1) الاتجاهات. في المجال المغناطيسي تتم إزالة هذا الانحطاط. يتفاعل العزم المغناطيسي للذرة مع المجال، وتعتمد طاقة هذا التفاعل على الاتجاه. ولذلك، اعتمادا على الاتجاه، تكتسب الذرة طاقة إضافية مختلفة في المجال المغناطيسي، ويقوم زيمان بتقسيم المستوى إلى (2 ي+ 1) المستويات الفرعية.
يميز تأثير زيمان العادي (البسيط) عندما يتم تقسيم كل خط إلى ثلاثة مكونات والتأثير الشاذ (المعقد) عندما يتم تقسيم كل خط إلى أكثر من ثلاثة مكونات.
لفهم المبادئ العامة لتأثير زيمان، دعونا ننظر إلى أبسط ذرة - ذرة الهيدروجين. إذا تم وضع ذرة الهيدروجين في مجال مغناطيسي خارجي موحد مع الحث في،ثم بسبب تفاعل اللحظة المغناطيسية ص مومع وجود حقل خارجي، تكتسب الذرة قيمة إضافية اعتمادًا على الوحدات والتوجه المتبادل فيو مساءًطاقة
يو بي= -pmB = -مبب،
أين بي إم بي- إسقاط العزم المغناطيسي للإلكترون على اتجاه المجال.
بالنظر إلى ذلك ص ميغابايت = - امم ل /(2 م)(عدد الكم المغناطيسي م ل= 0، ±1، ±2، …، ±l)، نحصل عليها
بور مغناطيسي.
الطاقة الكلية لذرة الهيدروجين في المجال المغناطيسي
حيث الحد الأول هو طاقة تفاعل كولوم بين الإلكترون والبروتون.
ويترتب على الصيغة الأخيرة أنه في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي (B = 0)، يتم تحديد مستوى الطاقة فقط من خلال المصطلح الأول. متى يكون ب؟ 0، يجب أن تؤخذ في الاعتبار القيم المسموح بها المختلفة لـ ml. منذ ذلك الحين نو لالرقم م ل يمكن أن يستغرق 2 ل+ 1 القيم المحتملة، ثم سيتم تقسيم المستوى الأولي إلى 2 ل+ 1 مستويات فرعية.
في الشكل. يوضح الشكل 22 أ التحولات المحتملة في ذرة الهيدروجين بين الحالات ص(ل= 1) و ق (ل= 0). في المجال المغناطيسي، تنقسم الحالة p إلى ثلاثة مستويات فرعية (عند l = 1 m = 0, ±1)، من كل منها يمكن أن تحدث التحولات إلى المستوى s، ويتميز كل انتقال بتردده الخاص: وبالتالي، يظهر ثلاثي في الطيف (تأثير زيمان الطبيعي). لاحظ أنه أثناء التحولات يتم ملاحظة قواعد اختيار أرقام الكم:
في الشكل. يوضح الشكل 22 ب تقسيم مستويات الطاقة والخطوط الطيفية للانتقال بين الحالات د(ل= 2) و ص(ل= 1). ولاية دفي المجال المغناطيسي
ينقسم إلى خمسة مستويات فرعية، الحالة p إلى ثلاثة. عند الأخذ بعين الاعتبار قواعد الانتقال، تكون التحولات الموضحة في الشكل فقط ممكنة. كما يمكن أن نرى، يظهر ثلاثي في الطيف (تأثير زيمان الطبيعي).
يتم ملاحظة تأثير زيمان الطبيعي إذا لم يكن للخطوط الأصلية بنية دقيقة (فهي عبارة عن مفردات). إذا كانت المستويات الأولية لها بنية جيدة، إذن عدد أكبرولوحظ مكون وتأثير زيمان الشاذ.