1 / 30

Zeemanův jev

Zeemanův jev. Normální a anomální Adam Dominec a Hana Štulcová (Gymnázium J. Seiferta) Vladimír Pospíšil jako koordinátor (David Tlustý na záskok a Eliška Svobodová jako klíčník). Obsah prezentace. Úvod Popis experimentu Teorie Obal atomu, kvantová čísla, Zeemanův jev

sileas
Download Presentation

Zeemanův jev

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Zeemanův jev • Normální a anomální • Adam Dominec a Hana Štulcová • (Gymnázium J. Seiferta) • Vladimír Pospíšil jako koordinátor • (David Tlustý na záskok a Eliška Svobodová jako klíčník)

  2. Obsah prezentace • Úvod • Popis experimentu • Teorie • Obal atomu, kvantová čísla, Zeemanův jev • Normální Zeemanův jev • Aparatura, výsledky • Anomální Zeemanův jev • Teorie ohledně měření, aparatura, výsledky • Závěr

  3. Úvod

  4. Popis experimentu • Zeemanův jev • Normální a anomální • Kvantová fyzika • Štěpení spektrálních čar v magnetickém poli • Aparatura od Leybold Didactics • Má sloužit pro praktika 3. ročníku FJFI

  5. Teorie

  6. Obal atomu • V obalu se v různých orbitalech vyskytují elektrony • Podle základoškolské chemie udává elektronům energii hlavní kvantové číslo • To platí za normálních podmínek pouze u vodíku Typicky nepřesná ilustrace – atom 7Li

  7. Kvantová čísla L (orbitální) • Každý elektron v obalu je popsán čtyřmi kvantovými čísly • n (hlavní; 1, 2, 3...) • l (orbitální - vedlejší; 0, ..., n-1 nebo s, p, d...) • m (magnetické; -l, ..., +l) • s (spinové; -1/2, +1/2) N (hlavní)

  8. Excitace • Elektrony můžeme světlem vyrazit na některou z vyšších energetických hladin • Protože energetické hladiny a fotony jsou kvantované, musí mít světlo správnou vlnovou délku • Při deexcitaci elektron opět klesne na nižší hladinu a foton patřičné vlnové délky se vyzáří

  9. Zeemanův jev • Zeemanův jev se projevuje štěpením spektrálních čar v důsledku vlivu magnetického pole • Elektrony s různými magnetickými čísly získávají v magnetickém poli rozdílnou energii • My jej pozorujeme na atomech s 1 elektronem ve valenční vrstvě – vlastnostmi jsou podobné vodíku (kadmium, rubidium)

  10. Normální Zeemanův jev

  11. Normální Zeemanův jev • Projevuje se štěpením spektrálních čar ve vnějším magnetickém poli • v našem případě používáme kadmiovou výbojku v poli až 0,8T • Normálně by zářila na vlnové délce 643,8nm, v magnetickém poli se ale štěpí na tři blízké hladiny • cílem je získat hodnotu Bohrova magnetonu • to se získá ze závislosti rozštěpení hladin na intenzitě pole

  12. Bohrův magneton • Bohrův magneton je fyzikální konstanta • Popisuje vztahy v atomovém obalu pod vlivem elektrického pole • Vychází ze vztahu základních konstant (elementárního náboje elektronu, redukované Planckovy konstanty a hmotnost elektronu)

  13. Aparatura NZJ Svazek prochází červeným filtrem, polarizačním filtrem a zaostřují jej dvě čočky Hlavní součástka je Fabry-Perotův etalon, který na principu interference zobrazuje spektrum jako soustředné kroužky Kadmiová výbojka jako zdroj foťák na přenos dat do počítače

  14. Výsledky Takto je jedna (nerozštěpená) spektrální čára zobrazena v počítači pomocí lineárního fotoaparátu

  15. Výsledky • Takto vypadá ta samá čára pod vlivem magnetického pole

  16. Výsledky • Správná hodnota je: μB = 9.274*10-24 JT-1 • My jsme naměřili: μB = 1.035*10-24 JT-1 • ΔE = μB*B

  17. Anomální Zeemanův jev

  18. Anomální zeemanův jev • Projevuje se štěpením spektrálních čar kvůli působení vnitřních magnetických polí • Tzv. velmi jemná struktura obalu • Aby byl pozorovatelný, musíme ale stejně vnější magnetické pole použít (asi 12mT) • Pro pozorování (tentokrát opravdu jemného) spektra je použito optické čerpání

  19. Optické čerpání • Obecně jde o vědeckou metodu založenou na kontrolované excitaci světlem, v našem případě v trochu komplikovanější verzi • Na funkci se podílí dva hlavní prvky • Rubidiová výbojka • Vysokofrekvenční pole • Kruhově polarizované světlo

  20. Kruhová polarizace • Polarizace takového světla se pravidelně otáčí (s periodou jedné vlnové délky)‏ • Kruhově polarizované světlo přenáší moment hybnosti • Při excitaci kruhově polarizovaným světlem zvýší elektron také své magnetické číslo eliptická polarizace, vektory se otáčí lineární polarizace

  21. Optické čerpání – aplikace • Světlem z výbojky (kruhově polarizovaným) o přesné vlnové délce je valenční elektron rubidia vyražen na vyšší hladinu • kruhově polarizované světlo nese moment hybnosti • Při samovolné deexcitaci poklesne elektron na nižší hladinu, zachová si ale zvýšené magnetické číslo • Pokud mu tímto způsobem přidělíme nejvyšší možné magnetické číslo, nebude jej kruhově polarizované světlo moci excitovat

  22. Uvěznění elektronu na nejvyšším magnetickém číslu

  23. Optické čerpání – aplikace • Abychom elektron uvolnili, musíme jej srazit na nižší magnetické číslo pomocí fotonu o patřičné vlnové délce (asi 9MHz) • K tomu použijeme vysokofrekvenční cívky, (které se chovají vlastně jako anténa)‏ • Energie fotonů musí přesně odpovídat patřičnému přeskoku na nižší magnetické číslo • Z frekvence cívek (a tedy vlnové délky jimi vysílaných fotonů) zjistíme rozdíl hladin s různým magnetickým číslem

  24. Uvolnění elektronu pomocí fotonu o nízké energii

  25. Aparatura nádobka s rubidiem čtvrtvlnová destička cívky výbojka křemíkový detektor červený filtr polarizátor

  26. Výsledky • Bohužel nemáme žádné cílené výsledky • Několikrát jsme ozkoušeli aparaturu • Všechny součástky jednotlivě fungují • Očekávali jsme, že se na osciloskopu zobrazí propady ve spektru, jaké byly popsané v návodu

  27. Závěr

  28. Úspěchy a neúspěchy • Experiment s NZJ jsme úspěšně zprovoznili a naměřili očekávané výsledky s poměrně velkou přesností • Experiment s AZJ se zprovoznit nedaří • Podívali jsme se do CERNu • Dozvěděli jsme se mnoho nového o fyzice • Sepsali jsme, co jsme sepsat měli • …takže celý projekt hodnotíme kladně

  29. PoděkováníKdyž už je tahle prezentace poslední… • Vladimíru Pospíšilovi • Davidu Tlustému • Elišce Svobodové • p. Petráčkovi • všem z CERNu • všem ostatním účastníkům projektu • ... a samozřejmě tatínkovi a mamince :-)

More Related