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O Efeito Zeeman

O Efeito Zeeman. As linhas espectrais de um átomo se desdobram em várias componentes na presença de um campo magnético. Este efeito é a evidência experimental da quantização da orientação espacial do momento angular dos átomos em relação a um dado eixo. L z = m l ћ

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O Efeito Zeeman

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Presentation Transcript

  1. O Efeito Zeeman • As linhas espectrais de um átomo se desdobram em várias componentes na presença de um campo magnético. • Este efeito é a evidência experimental da quantização da orientação espacial do momento angular dos átomos em relação a um dado eixo. • Lz= mlћ • O caso mais simples é o desdobramento de uma linha espectral em três componentes; o “efeito Zeeman normal”. Pieter Zeeman

  2. O Tripleto de Lorentz • Análise do desdobramento da linha espectral no vermelho do Cádmio. • O átomo Cd 48 (lâmpada espectral) possui configuração: (Kr36), 5s2, 4d10 • Apresenta a subcamada d (l = 2) fechada. • Na ausência de campo (B=0) • Uma única transição D  P é possível. • Tem energia definida pela linha espectral:0 = 643,8 nm. • Na presença do campo (B>0) • A linha espectral se desdobra em três linhas, conhecido como “tripleto de Lorentz”. • Isto ocorre porque o Cd representa um sistema singleto de spin total, S = 0. • Assim os níveis se desdobram em (2l +1) componentes: Lz= mlћ ; (ml = 0, ±1, ±2 ...±l) • As transições entre subníveis são permitidas desde que respeitem as regras de seleção: Δml= 0, ±1 • No caso do Cd isto resulta em nove transições permitidas, porém apenas três energias distintas (três linhas espectrais), conforme esquema ao lado. • E0= hc/λ0 energia da linha λ0 (B=0) • Se desdobra em 3 linhas (B 0) • Eσ±= E0 ± ΔE energia das linhas σ • em que: ΔE= μBB (Δml= ±1) • Eπ= E0 energia da linha central π • em que: ΔE= 0 (Δml= 0)

  3. B=0 B>0 ML +2 1P1  +1  L=1 0 S=0 B -1 -2 o = 643,8 nm + - +1  1D2  0 L=2 -1 {  {  {  S=0 ML = -1 0 +1 + - O Tripleto de Lorentz • Grupo ML = –1: linha - de luz polarizada  a B. • Grupo ML = 0: linha  de luz polarizada // a B. • Grupo ML = +1:+ de luz também polarizada  a B.

  4. O Efeito Zeeman no Laboratório • Montagem Experimental • Eletroímã de polos vazados • Fonte p/eletroímã ( 10 A dc) • Amperímetro • Mesa giratória • Fonte para lâmpada espectral • Teslâmetro c/sensor axial • Trilho c/elementos ópticos

  5. (63) (57,5) (38,5) (24,5) (16,5) (9) (4) (0) L3= +50mm L2= 300mm L1= +50mm tela com escala lâmpada de Cd Diafragma em íris Analisador Interferômetro Perrot-Fabry polos expansores vazados mesa giratória O Efeito Zeeman no Laboratório • Montagem óptica para observação e análise do desdobramento de linhas espectrais • Posicionamento (parênteses)dos elementos representados dado em cm.

  6. H G F L E 1 D K r1 C B r2 A 2  (1) (2) f t Interferômetro Fabry-Perot • Feixe de luz incidente - quase paralelo. • Duas superfícies parcialmente transmissoras. • Para ângulo θ de incidência – feixes AB, CD, EF, ... são paralelos. • Diferença de caminho entre feixes AB e CD: d= BC + CK, onde, BK  CD. CK= BC.cos 2 ; e BC.cos  = t d= BC.(1 + cos 2) = 2BC.cos2  = 2 tcos • Condição de interferência: nλ= 2 t cos(1) • Produz um padrão de anéis de interferência, focalizadossobreumatela com escala. com raio dado por: rn = f tg n  f n (2) • Medidasrnpermitemcalcularλ  ΔE=B B

  7. Anéis de interferência • Ordem dos anéis de interferência (B= 0) • Pela Eq. Básica do interferômetro (1) temos: n = n0 cos n(3); onde; n0= 2t/0 • Anel mais interno : menor n maior ordem n (cosmaior) • Para cada anel de interferência – ndeve ser inteiro. • Contudo n0, em geral não é: n0= 9319,6645 (t= 3,00 mm) • Corresponde à ordem de interferência no centro ( = 0). Se n1 é a ordem do 1º anel: n1= 9319 (pois n1 n0); e sucessivamente para n2, n3, ... = 9318, 9317, ... • Ordem dos anéis do tripleto de Lorentz (B > 0) • Se os anéis não se superpõem por uma ordem completa: n1σ+ = n1σ- = n1 (e igualmente para n2, n3, ...) • Contudo n0 é diferente para as linhas σ- e σ+ do tripleto: • As linhas λdependem do campo (B) aplicado. • Assim n0 também variam conforme os valores do campo.

  8. Anéis de interferência • Os raios dos anéis de ordem np • A partir das equações (2) e (3) tem-se: • O ajuste linear permite: • Calibrar a distância f • E calcular n0 para os anéis das linhas σ+ e σ- (No gráfico: aneis A e B) • Para diversos valores de campo • Valores precisos para ΔE e B podem ser obtidos.

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