لقد اقترح دمج هذه المقالة مع مقالةأخرى، شارك في النقاش إذا كان عندك أي ملاحظة.

مفعول زيمان

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
Commons-emblem-merge.svg
لقد اقترح دمج محتويات هذه المقالة أو الفقرة في المعلومات تحت عنوان تأثير زيمان. (نقاش) (أكتوبر 2015)
Zeeman effect.svg

تأثير زيمان (بالإنجليزي : Zeeman effect) هو انقسام خطوط الطيف عند تعريضها لمجال مغناطيسي ثابت

ويشابه أثر شتارك (Stark effect) حيث يحدث انقسام لخطوط الطيف عند تعريضها لمجال كهربائي .

هذا المفعول له أهمية عالية حيث يستخدم في التطبيقات مثل : مطياف لالرنين النووي المغنطيسي NMR و مطياف الرنين للإلكترونات الدورانية والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) ومطياف موسباركما تستخدم لتحسين مطياف الامتصاص الذري .

عندما خطوط الطيف تكون هي خطوط الامتصاص يسمى هذها المفعول معكوس مفعول زيمان

سمي مفعول زيمان بعد الفيزيائي الهولندي بيتر زيمان .

مقدمة[عدل]

في معظم الذرات توجد عدة مستويات ذرية مختلفة في الطاقة مثل d ,e وأخيرا f , بوجود مجال مغناطيسي (B)
تنقسم مستويات الطاقة ولذلك تنتج خطوط انتقال من a, b أو c إلى f تنقسم غلى عدة أقسام بين المستويات المختلفة a, b, c ,d, e, f. وعموما هذه التحولات والانتقالات ليست جميعها ممكنة بل تخضع لقاعدة تسمى قاعدة الانتقاء .

وتخضع المسافة بين مستويات زيمان الفرعية لشدة المجال المغناطيسي , ويمكن لعلماء الفلك استخدام هذا المفعول فيقياس شدة المجال المغناطيسي للشمس والنجوم الأخرى .

وهناك أيضا مفعول زيمان الشاذ الذي يظهر تحولات عندما يكون اللف المغزلي للإلكترون غير صفري , سمي بالشاذ لأن زيمان لم يلاحظ اللف المغزلي للإلكترون أثناء تجاربه وتم اكتشافه فيما بعد .

عند مجال مغناطيسي عالي يكون المفعول خطي , وعند شدة مجال علية داخل الذرة مقارنة بشدة المجال الخارجي يساهم اللف المداري إضافة للف المغزلي فيسمى هذا المفعول بمفعول باشن باك .

التعبير النظري[عدل]

مجموع هاميلتونيان للذرة في مجال مغناطيسي

حيث رابطة هاملتون في الذرة و الاضطراب المجال المغناطيسي

المغناطيس اللحظي للذرة , يتكون من جزء الكتروني وجزء نووي , وبشكل عام هذا الرمز يرمز لعدة مجالات مغناطيسية صغيرة , مثل

مغناطيس بور و j الزخم الكلي (مجموع اللف المداري Lواللف المغزلي S ) و معامل لاندي , تعطى نسبة الجيرومغناطيسية :

حيث و

وفي حالة L-S مرتبطان:

إذا كان شرط التفاعل VMصغير يتم التعامل مع المفعول على أنه مفعول زيمان العادي , ولكن في مفعول باشن باك VM تكون قيمة الاضطراب كبيرة بشكل ملحوظ (لكن H0 تبقى صغيرة كما هي ) في المجالات المغناطيسية القوية ترتفع قيمة H0وتخرج الذرة من نطاقها المألوف ويظهر أثر مستويات لانداو.

المجال الضعيف (أثر زيمان)[عدل]

تفاعل اللف المغزلي- المداري داخل الذرة أكبر من تأثير المجال المغناطيسي الخارجي , يحسب متوسط إسقاط متجه اللف المغزلي على الزخم الزاوي الكليJ

ومتوسط متجه اللف المداري

بالتالي


وباستخدام وتربيع الطرفين


وباستخدام وتربيع الطرفين

والجمع ووضع نحصل على الطاقة المغناطيسية المحتملة للذرة عند تطبيق مجال مغناطيسي خارجي :


الكمية بين قوسين هي متجه لاندي للذرة ( و )) mj المركبة باتجاه Z الزخم الزاوي الكلي ويكون الإلكترون المفرد في المدار s = 1 / 2 .

مثال : انتقال ليمان – الفا في الهيدروجين

Zeeman p s doublet.svg

الانتقالات الممكنة

and


في المجال المغناطيسي الضعيف ينقسم 1S1/2 و 2P1/2إلى مستويين (mj = 1 / 2, − 1 / 2) والمستوى 2P3/2ينقسم إلى أربع مستويات (mj = 3 / 2,1 / 2, − 1 / 2, − 3 / 2), متجه لاندي للمستويات الثلاثة هو :

gJ = 2 for 1S1 / 2 (j=1/2, l=0)
gJ = 2 / 3 for 2P1 / 2 (j=1/2, l=1)
gJ = 4 / 3 for 2P3 / 2 (j=3/2, l=1).
ملاحظة : طاقة تقسيم المستويات تختلف من مستوى لآخر وذلك لاختلاف قيمة معامل لاندي

المجال القوي (مفعول باشن باك )[عدل]

عندما اضطراب المجال المغناطيسي يتجاوز بشكل ملحوظ تفاعل اللف المداري – المغزلي نفرض أن H0,S] = 0] فيسمح هذا الفرض توقع قيمة Lz و Szبسهولة ممايسمح بتقييم مستوى :


نجد من الصيغة أن اقتران اللف المداري والمغزلي ليس له أثر يذكر مقارنة بأثر المجال المغناطيسي ml و msأعداد كمية جيدة مع قاعدة الانتقاء لتحولات ثنائي القطبالكهربي


ويمكن حساب طاقة المستويات الإلكترونية من

شاهد أيضا[عدل]

المراجع[عدل]

تاريخية

  • Condon, E. U. (1935). The Theory of Atomic Spectra. Cambridge University Press. ISBN 0-521-09209-4.  (Chapter 16 provides a comprehensive treatment, as of 1935.)
  • Zeeman, P. (1897). "On the influence of Magnetism on the Nature of the Light emitted by a Substance". Phil. Mag. 43: 226. 
  • Zeeman, P. (1897). "Doubles and triplets in the spectrum produced by external magnetic forces". Phil. Mag. 44: 55. 


حديثة

  • Forman, Paul (1970). "Alfred Landé and the anomalous Zeeman Effect, 1919-1921". Historical Studies in the Physical Sciences. 2: 153–261. 
  • Griffiths, David J. (2004). Introduction to Quantum Mechanics (2nd ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-805326-X. 
  • Liboff, Richard L. (2002). Introductory Quantum Mechanics. Addison-Wesley. ISBN 0-8053-8714-5. 
  • Sobelman, Igor I. (2006). Theory of Atomic Spectra. Alpha Science. ISBN 1-84265-203-6.