اثر زیمان: تفاوت بین نسخه‌ها
(←منابع) |
جز |
||
| سطر ۱: | سطر ۱: | ||
| + | |||
| + | {{الگو:تکمیلی}} | ||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
اثر زیمان (Zeeman effect) در [[فیزیک]] به شکافتگی خطوط طیفی [[اتم]]ها در حضور [[میدان مغناطیسی]] گفته می‌شود. این پدیده کاربردهای مهمی در تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR) و پرونده سازی تشدید مغناطیسی (MRI) دارد. اثر زیمان به خاطر فیزیکدان هلندی پیتر زیمان نامگذاری شده است. | اثر زیمان (Zeeman effect) در [[فیزیک]] به شکافتگی خطوط طیفی [[اتم]]ها در حضور [[میدان مغناطیسی]] گفته می‌شود. این پدیده کاربردهای مهمی در تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR) و پرونده سازی تشدید مغناطیسی (MRI) دارد. اثر زیمان به خاطر فیزیکدان هلندی پیتر زیمان نامگذاری شده است. | ||
| − | [[پرونده:Zeeman_effect.svg|چپ|قاب| | + | [[پرونده:Zeeman_effect.svg|چپ|قاب|خط طیفی قبل از اعمال میدان مغناطیسی به صورت یک تک خط مشاهده می شود اما با اعمال میدان مغناطیسی ثابت به سه خط تقسیم می شود .]] |
در بیشتر [[اتم]]ها آرایش‌های [[الکترون]]ی بسیاری هستند که [[انرژی]] یکسانی دارند. ولی در حضور یک میدان مغناطیسی این واگنی به هم می‌خورد، زیرا الکترون‌هایی که اعداد کوانتومی متفاوت دارند، از [[میدان مغناطیسی]] به شکل‌های متفاوتی اثر می‌پذیرند. از این رو، با این که در آغاز اتم‌های بسیاری انرژی یکسان داشتند، حالا انرژی‌های گوناگونی داریم و این باعث می‌شود خطوط طیفی تازه‌ای داشته باشیم که البته بسیار به هم نزدیک هستند. | در بیشتر [[اتم]]ها آرایش‌های [[الکترون]]ی بسیاری هستند که [[انرژی]] یکسانی دارند. ولی در حضور یک میدان مغناطیسی این واگنی به هم می‌خورد، زیرا الکترون‌هایی که اعداد کوانتومی متفاوت دارند، از [[میدان مغناطیسی]] به شکل‌های متفاوتی اثر می‌پذیرند. از این رو، با این که در آغاز اتم‌های بسیاری انرژی یکسان داشتند، حالا انرژی‌های گوناگونی داریم و این باعث می‌شود خطوط طیفی تازه‌ای داشته باشیم که البته بسیار به هم نزدیک هستند. | ||
| سطر ۷: | سطر ۱۲: | ||
| + | [[پرونده:34061903685227074632.jpg||چپ|قاب]] | ||
| + | اتم های برانگیخته روی[[ طول موج]] های مشخصی تابش موج الکترومغناطیسی می کنند . در چنین شرایطی با اعمال میدان مغناطیسی ثابت به آنها ، هر کدام از این خطوط طیفی به چندین خط تبدیل می شوند ( تصویر 2) . این اثر شکافته شدن خطوط طیفی در میدان مغناطیسی ثابت « اثر زیمان » نامیده می شود . اولین بار در سال ۱۸۹۵ میلادی لورنس در نظریه ی کلاسیک خود در مورد الکترون ها به این موضوع اشاره کرد و سال ها بعد طی آزمایش هایی زیمان این اثر مشاهده شد . | ||
| + | |||
| + | |||
| + | == بررسی اثر زیمان طولی و عرضی == | ||
| + | '''اهداف نظری''' | ||
| + | |||
| + | ( در آزمایش اثر زیمان عرضی جهت دید عمود بر جهت میدان مغناطیسی و طولی جهت دید موازی با میدان مغناطیسی است ) | ||
| + | |||
| + | |||
| + | مشاهده ی سه جزئی شدن خط دوم در اثر عادی زیمان در حالت عرضی | ||
| + | |||
| + | تعیین حالت قطبیدگی سه جزء خط دوم اثر عادی زیمان در حالت عرضی | ||
| + | |||
| + | مشاهده ی دو جزئی شدن خط دوم در اثر عادی زیمان در حالت طولی | ||
| + | |||
| + | تعیین حالت قطبیدگی دو جزء خط دوم اثر عادی زیمان در حالت طولی | ||
| + | |||
| + | اتم های برانگیخته روی[[ طول موج]] های مشخصی تابش موج الکترومغناطیسی می کنند . در چنین شرایطی با اعمال میدان مغناطیسی ثابت به آنها ، هر کدام از این خطوط طیفی به چندین خط تبدیل می شوند ( تصویر 2) . این اثر شکافته شدن خطوط طیفی در میدان مغناطیسی ثابت « اثر زیمان » نامیده می شود . اولین بار در سال ۱۸۹۵ میلادی لورنس در نظریه ی کلاسیک خود در مورد الکترون ها به این موضوع اشاره کرد و سال ها بعد طی آزمایش هایی زیمان این اثر مشاهده شد . | ||
| + | در آزمایش زیمان یک بار موازی جهت دید و بار دیگر عمود بر آن اتم های گاز برانگیخته در میدان مغناطیسی ثابت بسیار بزرگی قرار میگیرند ، در هر دو حالت خطوط طیفی از هم باز می شوند و هر خط به صورت چند خط نزدیک به هم به نظر می رسد و هر خط از این خطوط ایجاد شده یک جزء زیمان نامیده می شود . پس از آزمایش های زیمان الگو های پیچیده تری از اثر زیمان مشاهده شد که « '''اثر غیر عادی زیمان''' » نامیده می شوند . | ||
| + | |||
| + | سر انجام در سال ۱۹۲۵ میلادی گرد اسمیت و الن بک برای توضیح اثر غیر عادی زیمان نظریه ی جدید در مورد الکترون مطرح کردند که در آن بحث در مورد اسپین الکترون شده بود . طبق به این نظریه اثر عادی زیمان حالت خاصی از اثر غیر عادی زیمان می باشد و تفاوت آنها در اندازه ی اسپین الکترون های برانگیخته تولید کننده خطوط طیفی است . | ||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | گشتاور زاویه ای کل الکترون از برآیند گشتاور حاصل از اسپین و حرکت به دور هسته ایجاد می شود: | ||
| + | |||
| + | معادله ۱ : | ||
| + | |||
| + | [[پرونده:1 (1).gi||چپ|قاب]] | ||
| + | |||
| + | گشتاور زاویه ای کل الکترون J | ||
| + | |||
| + | گشتاور زاویه ای مداری ( گردش الکترون به دور هسته ) L | ||
| + | |||
| + | اسپین الکترون ( دوران الکترون به دور خود ) S | ||
| + | |||
| + | در اثر عادی زیمان مربوط به گذار های با حالت S = 0 است . بنابراین معادله ی گشتاور زاویه ای به صورت زیر خلاصه می شود : | ||
| + | |||
| + | [[پرونده:2.gif||چپ|قاب]] | ||
| + | |||
| + | |||
| + | پس اثر عادی زیمان یک حالت خاص از اثر غیر عادی زیمان است که در آن L با J برابر است . گشتاور مغناطیسی متناظر با این حالت برابر است با : | ||
| + | |||
| + | |||
| + | معادله ۱ : | ||
| + | [[پرونده:3.gif||چپ|قاب]] | ||
| + | گشتاور مغناطیسی در حالت μ s=0 | ||
| + | مگنتون بوهر μB | ||
| + | ثابت پلانک ℏ | ||
| + | و μB به صورت زیر محاسبه می شود : | ||
| + | [[پرونده:4.gif|چپ|قاب]] | ||
| + | بار الکتریکی الکترون e | ||
| + | جرم الکترون me | ||
نسخهٔ ۲۶ اوت ۲۰۱۲، ساعت ۱۳:۵۰
|
اثر زیمان (Zeeman effect) در فیزیک به شکافتگی خطوط طیفی اتم‌ها در حضور میدان مغناطیسی گفته می‌شود. این پدیده کاربردهای مهمی در تشدید مغناطیسی هسته‌ای (NMR) و پرونده سازی تشدید مغناطیسی (MRI) دارد. اثر زیمان به خاطر فیزیکدان هلندی پیتر زیمان نامگذاری شده است.
در بیشتر اتم‌ها آرایش‌های الکترونی بسیاری هستند که انرژی یکسانی دارند. ولی در حضور یک میدان مغناطیسی این واگنی به هم می‌خورد، زیرا الکترون‌هایی که اعداد کوانتومی متفاوت دارند، از میدان مغناطیسی به شکل‌های متفاوتی اثر می‌پذیرند. از این رو، با این که در آغاز اتم‌های بسیاری انرژی یکسان داشتند، حالا انرژی‌های گوناگونی داریم و این باعث می‌شود خطوط طیفی تازه‌ای داشته باشیم که البته بسیار به هم نزدیک هستند.
اتم های برانگیخته رویطول موج های مشخصی تابش موج الکترومغناطیسی می کنند . در چنین شرایطی با اعمال میدان مغناطیسی ثابت به آنها ، هر کدام از این خطوط طیفی به چندین خط تبدیل می شوند ( تصویر 2) . این اثر شکافته شدن خطوط طیفی در میدان مغناطیسی ثابت « اثر زیمان » نامیده می شود . اولین بار در سال ۱۸۹۵ میلادی لورنس در نظریه ی کلاسیک خود در مورد الکترون ها به این موضوع اشاره کرد و سال ها بعد طی آزمایش هایی زیمان این اثر مشاهده شد .
بررسی اثر زیمان طولی و عرضی
اهداف نظری
( در آزمایش اثر زیمان عرضی جهت دید عمود بر جهت میدان مغناطیسی و طولی جهت دید موازی با میدان مغناطیسی است )
مشاهده ی سه جزئی شدن خط دوم در اثر عادی زیمان در حالت عرضی
تعیین حالت قطبیدگی سه جزء خط دوم اثر عادی زیمان در حالت عرضی
مشاهده ی دو جزئی شدن خط دوم در اثر عادی زیمان در حالت طولی
تعیین حالت قطبیدگی دو جزء خط دوم اثر عادی زیمان در حالت طولی
اتم های برانگیخته رویطول موج های مشخصی تابش موج الکترومغناطیسی می کنند . در چنین شرایطی با اعمال میدان مغناطیسی ثابت به آنها ، هر کدام از این خطوط طیفی به چندین خط تبدیل می شوند ( تصویر 2) . این اثر شکافته شدن خطوط طیفی در میدان مغناطیسی ثابت « اثر زیمان » نامیده می شود . اولین بار در سال ۱۸۹۵ میلادی لورنس در نظریه ی کلاسیک خود در مورد الکترون ها به این موضوع اشاره کرد و سال ها بعد طی آزمایش هایی زیمان این اثر مشاهده شد . در آزمایش زیمان یک بار موازی جهت دید و بار دیگر عمود بر آن اتم های گاز برانگیخته در میدان مغناطیسی ثابت بسیار بزرگی قرار میگیرند ، در هر دو حالت خطوط طیفی از هم باز می شوند و هر خط به صورت چند خط نزدیک به هم به نظر می رسد و هر خط از این خطوط ایجاد شده یک جزء زیمان نامیده می شود . پس از آزمایش های زیمان الگو های پیچیده تری از اثر زیمان مشاهده شد که « اثر غیر عادی زیمان » نامیده می شوند .
سر انجام در سال ۱۹۲۵ میلادی گرد اسمیت و الن بک برای توضیح اثر غیر عادی زیمان نظریه ی جدید در مورد الکترون مطرح کردند که در آن بحث در مورد اسپین الکترون شده بود . طبق به این نظریه اثر عادی زیمان حالت خاصی از اثر غیر عادی زیمان می باشد و تفاوت آنها در اندازه ی اسپین الکترون های برانگیخته تولید کننده خطوط طیفی است .
گشتاور زاویه ای کل الکترون از برآیند گشتاور حاصل از اسپین و حرکت به دور هسته ایجاد می شود:
معادله ۱ :
گشتاور زاویه ای کل الکترون J
گشتاور زاویه ای مداری ( گردش الکترون به دور هسته ) L
اسپین الکترون ( دوران الکترون به دور خود ) S
در اثر عادی زیمان مربوط به گذار های با حالت S = 0 است . بنابراین معادله ی گشتاور زاویه ای به صورت زیر خلاصه می شود :
پس اثر عادی زیمان یک حالت خاص از اثر غیر عادی زیمان است که در آن L با J برابر است . گشتاور مغناطیسی متناظر با این حالت برابر است با :
معادله ۱ :
گشتاور مغناطیسی در حالت μ s=0
مگنتون بوهر μB
ثابت پلانک ℏ
و μB به صورت زیر محاسبه می شود :
بار الکتریکی الکترون e
جرم الکترون me
منابع
Zeeman, P. The Effect of Magnetisation on the Nature of Light Emitted by a Substance. . Nature 55 (11 February 1897): 347
ویکی پدیا[۱]
