Реферат: Механический и магнитный моменты атома - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Механический и магнитный моменты атома

Банк рефератов / Физика

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 105 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

14 РЕФЕРАТ Механич еский и магнитные моменты атома Сначала кратко рассмотрим моменты импульса электронов и атомов, определяемые по классической электронной теории. Итак: 1. Электрон, двигаясь по орбите вокруг ядра, обладает механическим орбитальным моментом импульса , где m , v – масса и скорость электрона. При этом вектор перпендикулярен орбите электрона. 2. Движение электрона по орбите соответствует протеканию некоторого орбитального тока , который определяет магнитный орбитальный момент , , где I – электронный ток, S – площадь витка тока (орбиты электрона). Определим : , , здесь е – заряд электрона, T – период обращения электрона по орбите. Тогда . Следует учесть, что также перпендикулярен орбите электрона, но вектора и направлены в противоположные стороны. Механический и магнитный орбитальные моменты электрона связаны выражением Здесь – это гиромагнитное (магнито – механическое) отношение орбитальных моментов электрона. 3. Орбитальный механический момент импульса атома равен геометрической (векторной) сумме орбитальных моментов всех электронов атома: , Z – число электронов. 4. Орбитальный магнитный момент импульса атома равен геометрической (векторной) сумме магнитных моментов всех электронов атома: . Очевидно, что сохраняется соотношение Теперь рассмотрим электронные и атомные моменты с точки зрения квантовой механики . Хронологически первыми экспериментами по изучению магнитных моментов атома, проявляющимися в магнитных полях, были опыты П. Зеемана ( 1896 г ) . Было обнаружено , что если поместить источник света (электромагнитного излучения) между полюсами электромагнита, то спектральные линии источника расщепляются на несколько компонент. Явление расщепления спектральных линий, а следовательно и энергетических уровней, переходы между которыми обеспечиваю т излучение, во внешнем магнитном поле получило название эффекта Зеемана. Различают нормальный и аномальный эффекты Зеемана. Нормальный эффект Зеемана наблюдается в сильных магнитных полях. При помещении источника излучения с частотой н 0 (л 0 ) в магнитное поле, направленное параллельно направлению распространения излучения, наблюдается излучение с двумя симметричными относительно начальной н 0 частотами: н -1 и н +1 . Излучения с начальной частотой н 0 при этом не происходит: . Если исследуемое излучение распространяется перпендикулярно вектору магнитного поля, то излучение с н 0 симметрично расщепляется на три компоненты: н -1 , н 0 и н +1 . Нормальный эффект Зеемана был объяснен Лоренцем по классической электронной теории. Во внешнем магнитном поле векторы и электрона в атоме вращаются (прецессируют) с угловой скоростью , которой соответствует частота . Здесь – напряженность внешнего магнитного поля связанна с вектором магнитной индукции соотношением . При этом векторы и описывают соосные конические поверхности с общей вершиной в центре орбиты и остью, параллельной вектору . Такое движение векторов и моментов электрона и соответствующей электронной орбиты в атоме во внешнем магнитном поле называется прецессией Лармора. Р азность частот между спектральными линиями при нормальном эффекте Зеемана оказалась равной как раз Ларморовой частоте Дн = н +1 .– н 0 = н 0 – н -1 = . Величина называется магнетоном Бора и обозначается , тогда можно записать, чтоДн = . С.313 Детлаф РИС Аномальный эффект Зеемана наблюдается в слабых магнитных полях и заключается в расщеплении каждой спектральной линии излучения на множество компонент. При этом внешнее магнитное поле считается слабым, если взаимодействие между орбитальным ( ) и магнитным ( ) моментами электрона в атоме сильнее, чем взаимодействие каждого из этих моментов или с внешним магнитным полем. Поэтому именно аномальный эффект Зеемана выявляет взаимодействие между собственными внутренними моментами электрона в атоме. С увеличением напряженности магнитного поля взаимодействие между внутренними моментами электрона становится все менее существенным по сравнению с их взаимодействием с внешним магнитным полем. Расщепление спектральных линий при этом растет, соседние линии постепенно начинают сливаться, и остается 2 или 3 частоты излучения в зависимости от взаимного направления магнитного поля и излучения. Опыты Штерна – Герлаха Целью экспериментов Штерна – Герлаха (1922 г.) было измерение магнитных моментов атомов. Поскольку магнитные моменты внутренних электронов атома компенсируются, магнитный момент атома равен векторной сумме магнитных моментов валентных электронов (электронов внешней оболочки). Атомы элементов I группы таблицы Менделеева имеют только по одному валентному электрону, находящемуся в S – состоянии, поэтому моменты импульса и магнитные моменты таких атомов совпадают с моментам и такого электрона. Идея опытов Штерна – Герлаха состояла в определении силы, действующей на атом элементов I группы ( Ag , Li ) в неоднородном внешнем магнитном поле. Она может быть вычислена по формуле , где – индукция магнитного поля, неоднородного по оси Z ; – проекция магнитного момента атома на направление магнитного поля.РИС Для электрона в S – состоянии магнитное квантовое число l = 0, следовательно, механи ческий момент импульса и магнитный момент , а значит и моменты атома с одним таким S – электроном также должны равняться нулю, и внешнее магнитное поле никак не должно влиять на движение пучка атомов. О жидалось, что распределение атомов будет непрерывно симметричным с максимумом интенсивности в центре. Однако в экспериментах наблюдалось расщепление пучка атомов на два приблизительно равных пучка. По известной величине неоднородности и установленной по отклонению атомов силе было определено, что проекция магнитного момента атома (и электрона) не равна нулю: , где = 9,27·10 -24 Дж/Тл – магнетон Бора. Это означало, что существует еще один (кроме и ) момент импульса электрона в атоме , подчиняющийся пространственному квантованию во внешнем магнитном поле (наблюдались два пучка, т.е. две ориентации этого момента). Проекция этого магнитного момента на направление магнитного поля для элементов I группы равна магнетону Бора , в общем же случае , т.е. кратно магнетону Бора. Для объяснения результатов опытов Штерна – Герлаха и аномального эффекта Зеемана С. Гаудсмитом и Дж. Уленбеком (1925 г.) была высказана гипотеза о том, что кроме орбитального момента импульса и соответствующего ему магнитного момента электрон обладает собственным (неуничтожимым), не связанным с движением в пространстве, механическим моментом импульса – спином и соответствующим ему спиновым магнитным моментом . Спин электрона (и других микрочастиц) – это внутреннее неотъемлемое свойство частиц (подобно массе, заряду и т.п.). Но при этом спин – исключительно квантовое понятие, не имеющее классического аналога. Величина собственного момента импульса по общим законам квантовой механики должна быть квантована по закону (для , например, ) , где s – спиновое квантовое число. По аналогии с орбитальным моментом импульса (его проекция , где маг нитное квантовое число может при нимать m = (2 l + 1) значений) , проекция спинового момента может иметь (2 s + 1) значений. Так как в опытах Штерна – Герлаха было обнаружено только две проекции, получаем (2 s + 1) = 2, т.е. s = . Тогда спиновый механический момент импульса электрона : . Проекция спинового момента импульса на направление магнитного поля квантуется подобно проекции орбитального момента , где = ± – магнитное спиновое квантовое число. Таким образом, проекция спинового момента импульса электрона в единицах ћ равна : . Обычно под спиновым квантовым числом понимают именно магнитное спиновое число , а не истинно квантовое спиновое число s . В экспериментах Штерна – Герлаха была определена проекция собственного магнитного момента электрона . Так как для спиновых моментов должно выполняться соотношение, подобное выражению для орбитального и магнитного моментов , можно определить спиновое гиромагнитное отношение : , т.е. спиновое гиромагнитное отношение в два раза больше орбитального гиромагнитного отношения = 2 . Следует отметить, что спиновые механический и магнитный моменты и так же, как и орбитальные моменты и , направлены противоположно относительно друг друга. Таким образом, для полного описания состояния электрона в атоме необходимо использовать четыре квантовых числа: главное n ( n = 1, 2, 3…), орбитальное l ( l = 0, 1, …( n -1)), магнитное m ( m = 0, ±1, ±2…± l ), магнитное спиновое m S ( m S = ± ) . Механическим моментам импульса электрона (орбитальному и собственному спиновому ) соответствуют магнитные моменты ( и ), которые взаимодействуют между собой подобно двум проводникам с током. Это взаимодействие называется спин – орбитальным. Энергия спин – орбитального взаимодействия зависит от взаимной ориентации орбитального и спинового моментов. Именно спин- орбитальным взаимодействием и объясняется расщепление энергетических уровней и образование так называемой «тонкой структуры» спектральных линий атомов при аномальном эффекте Зеемана. Строго говоря, расщепление энергетических уровней ( «тонкая структура» спектральных линий ) , вызванное спин– орбитальным взаимодействием , является релятивистским эффектом. Релятивистская квантовая теория дает следующее выражение для расстояния между уровнями «тонкой структуры»: , где – постоянная «тонкой структуры», – энергия ионизации атома. Оказывается, что энергетический зазор примерно в 10 5 раз меньше, чем расстояние между основными энергетическими уровнями. Полный момент импульса электрона (полный угловой момент) является результирующей (т.е. векторной суммой) орбитального момента импульса , обусловленного движением электрона в атоме, и собственного спинового момента , не связанного с движением электрона в пространстве. Величина полного углового момента импульса электрона определяется внутренним квантовым числом j : , где j = l ± s = l ± , l – орбитальное квантовое число , s – спиновое квантовое число. Существует правило отбора для внутреннего квантового числа j : Д j = 0, ± 1 . Проекция полного углового момента импульса на направление внешнего магнитного поля квантуется аналогично проекциям орбитального и спинового моментов и : . Внутреннее магнитное квантовое число по аналогии с магнитным квантовым числом m может принимать (2 j + 1) значений: . Рассмотрим теперь моменты импульса атома. Мех анический момент импульса атома Каждый электрон в атоме обладает орбитальным моментом импульса и собственным спиновым моментом , которым соответствуют магнитные моменты и . И между всеми этими моментами осуществляется взаимодействие. Механические моменты всех электронов атома и складываются в результирующий механический момента атома . При этом возможны два случая: 1. Орбитальные моменты различных электронов взаимодействуют между собой сильнее, чем с собственными спиновыми моментами , которые в свою очередь сильнее связаны между собой, чем с соответствующими орбитальными моментами. Тогда для определения орбитального механического момента атома в целом отдельно складываются (векторно) орбитальные моменты всех Z электронов атома и отдельно складываются спиновые моменты электронов . После этого моменты и атома дают его суммарный механический момент . Такой вид связи электронов в атоме называется LS – связью (связь Рёссель – Саундерса) . 2. Каждая пара механических моментов импульса и одного электрона взаимодействуют между собой сильнее, чем с механическими моментами и других электронов. Тогда сначала определяются полные угловые моменты импульса для каждого электрона атома в отдельности, которые потом складываются (векторно) и определяют механический момент атома в целом : . Такой вид связи называют jj – связью, и она присуща атомам тяжелых элементов. Величина полного механического момента импульса атома определяется внутренним квантовым числом J по обычному закону квантования: , где J – квантовое число механического момента атома. Рассмотрим закономерности определения квантового числа механического момента атома, в частности, для случая LS – связи. Квантовые орбитальные числа электронов l – целые, следовательно, квантовое орбитальное число атома L также целое число. Квантовое спиновое число электрона s = , поэтому квантовое спиновое число атома S либо целое (если в атоме четное число электронов Z ), либо полуцелое ( Z – нечетное). Квантовое число J результирующего механического момента атома по аналогии с полным квантовым числом электрона j определяется как J = |L – S|, |L – S -1| …0, … (L + S - 2), (L+S – 1), (L+S) или J = 0, ± , ± 1 … ± | L ± S |, включая полуцелые. Существуют правила отбора квантовых чисел атома: Д L = ± 1 , Д S = 0 , Д J = 0, ± 1 Магнитный момент атома Как уже говорилось ранее, орбитальный и магнитный моменты электрона связаны гиромагнитным отношением: . Экспериментально было доказано, что для механического и магнитного орбитальных моментов атома выполняется аналогичное соотношение . Подставляя , где L – квантовое орбитальное число атома , получаем , (*) Так же, как и для электрона, для атома спиновое гиромагнитное отношение в два раза больше гиромагнитного отношения для орбитальных моментов , и соотношение между спиновыми моментами атомами аналогично полученному ранее для электрона ( ) : , (**) так как , где S – квантовое спиновое число атома. Полный момент импульса атома Полный магнитный момент атома связан с полным механическим моментом следующим соотношением: , где – множитель (или фактор) Ланде, который вводится для того, чтобы учесть различие в два раза гиромагнитных отношений орбитальных и спиновых моментов или так называемый удвоенный магнетизм спина (сравни вы ражения * и **) . Множитель Ланде может равн яться нулю и быть меньше 1, так к ак представляет собой комбинацию квантовых чисел атома. Атом в магнитном поле Как уже говорилось, во внешнем магнитном поле векторы и электрона в атоме прецессируют с угловой скоростью . При квантово-механическом рассмотрении влияния магнитного поля на атомы выявлено, что по аналогии с прецессией электронных моментов имеет место прецессия векторов механического и магнитного момента атома – и под определенным углом к направлению вектора магнитной индукции . Однако проекции вектора на направление магнитного поля – могут принимать лишь значения, определяемые полным магнитным квантовым числом М: . Полное магнитное число М может принимать (2 J +1) значений:М = 0, ± 1, ± 2…± J . Таким образом, атом, обладающий магнитным моментом , приобретает в магнитном поле дополнительную энергию , которая определяется фактором Ланде данного атома. Каждый энергетический уровень атома расщепляется на (2 J +1) равноотстоящих уровней, что приводит к образованию большого числа спектральных линий. Однако необходимо учитывать правило отбора для полного магнитного числа М, аналогичное правилу отбора для магнитного квантового числа электрона m : ДМ = 0, ± 1.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Никто в мире столько не ездил по свежему асфальту, как Путин.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по физике "Механический и магнитный моменты атома", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru