Экспериментальная часть. 1. Провести наблюдение в поперечном и продольном ракурсе процесса расщепления красной

Цель

1. Провести наблюдение в поперечном и продольном ракурсе процесса расщепления красной линии кадмия 643,847 нм в магнитном поле, демонстрирующего нормальный эффект Зеемана.

2. Провести наблюдение в поперечном и продольном ракурсе процесса расщепления зеленой линии кадмия 508,588 нм в магнитном поле, демонстрирующего аномальный эффект Зеемана.

3. Наблюдать действие фильтра поляризации, а также действие фильтра поляризации в совокупности с пластиной Экспериментальная часть. 1. Провести наблюдение в поперечном и продольном ракурсе процесса расщепления красной - student2.ru для расщепленных зеленых и красных линий в поперечном и продольном направлении.

4. Измерить сдвиг частоты при помощи телекамеры КМОП–типа и программного обеспечения для аномального эффекта Зеемана.

В данном эксперименте эффект Зеемана изучается при помощи кадмиевой лампы и интерферометра Фабри-Перо.

Структура электронов (Kd) кадмия 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s². При этом внешняя полностью заполненная оболочка, участвующая в оптических переходах, состоит из двух 5s² электронов. Данная структура подобна структуре гелия и ртути. Схема энергетических уровней кадмия представлена на рис. 9. В заполненной оболочке в своем основном состоянии спины электронов всегда компенсируют друг друга, поскольку они противоположны. Если общий спин атома равен нулю, то магнитный момент, связанный с ним, также равен нулю. Атомные состояния с нулевым общим спином называются синглетными состояниями. При стандартных оптических переходах электрическое дипольное излучение не приводит к изменению спина электрона, за исключением случаев с тяжелыми атомами с jj-связью. Таким образом, переходы между различными синглетными состояниями в которых спиновый магнитный момент равен нулю дают нормальный эффект Зеемана. На рис. 9 представлены возможные переходы в атоме кадмия. Переход, демонстрирующий нормальный эффект Зеемана, имеет вид 3¹D₂→ 2¹P₁ при значении 643,847 нм, переход, демонстрирующий аномальный эффект Зеемана, имеет вид 2³S₁→ 2³P₂ при значении 508,588 нм.

Рис. 9: Атомные состояния кадмия, длина волны в Экспериментальная часть. 1. Провести наблюдение в поперечном и продольном ракурсе процесса расщепления красной - student2.ru

Экспериментальная часть. 1. Провести наблюдение в поперечном и продольном ракурсе процесса расщепления красной - student2.ru

= 0,1 нм.

В состоянии 2³S₁первое число «2» означает главное квантовое число излучающего электрона относительно основного состояния, в котором n равно «1». На самом деле это 6-я s-оболочка, поскольку 5s² является основным состоянием. (Поэтому состояния 2P находятся ниже 2S, 2³P₂ означает 5-ю p-оболочку). Верхний индекс «3» означает мультиплетность состояния, которая равна 2S+1, где S – спиновое квантовое число атома. Нижний индекс «1» означает квантовое число J общего углового момента, применяющее значения из ряда J = L+S, L+S–1, …, L–S, где L– орбитальное квантовое число углового момента. «S», «P», «D», «F» означают действительное значение L, т.е. «S» означает L=0, «P» означает L= 1, … 3¹D₂→ 2¹P₁ - переход между синглетными состояниями в которых, спиновые магнитные моменты равны нулю. Но при переходе 2 ³S₁→ 2 ³P₂ возникают триплетные состояния, и спиновый магнитный момент не равен нулю во всех состояниях.

Правило отбора для оптических переходов следующее: Δm_J = 0, ±1, и излучение при переходах при Δm_J = 0 называется π- линиями, а при Δm_J = ±1 - σ- линиями. При наличии магнитного поля (без анализатора) одновременно видны три линии при нормальном эффекте Зеемана при поперечном рассмотрении. При аномальном эффекте Зеемана видны три группы из трех линий.

Оборудование

Интерферометр Фабри-Перо для 643,847 нм и 508,588 нм 09050.02 1

Кадмиевая лампа для эффекта Зеемана 09050.20 1

Электромагнит без полюсных наконечников. 06480.01 1

Конические полюсные наконечники с отверстиями 06480.03 1

Вращающийся стол для тяжелых грузов 02077.00 1

Источник питания для спектральных ламп 13662.97 1

Регулировочный трансформатор, 25 В ~/ 20 В, 12A 13531.93 1

Конденсатор, электролитический, 22000 мкФ 06211.00 1

Источник питания 0-12 В/6 В, 12 В ~ 13505.93 1

Цифровой мультиметр 07134.00 1

Оптическая скамья, l=1000 мм 08282.00 1