Магнитная энергия атомов

Атом, обладающий определенным магнитным моментом, будучи помещен во внешнее магнитное поле, приобретает дополнительную энергию. Это может быть понято из следующих соображений. Магнитный момент атома можно представить как следствие движения электрона по некоторой замкнутой орбите. Работа перемещения в магнитном поле замкнутого кругового тока равна произведению тока на разность потоков, которые пересекают круговой ток в конечном и начальном положениях:

. (8.19)

Но по определению работа равна разности энергий A = W₁ - W₂. Тогда энергия атома во внешнем поле будет равной:

.

Если поле направлено не перпендикулярно к поверхности, охватывающей круговой ток, то в общем случае имеем:

. (8.20)

Выбирая ось Z вдоль направления поля , получаем:

.

Так как , то .

В соответствии с квантовой механикой, величина L_z может принимать вдоль выбранного направления только такие значения, которые определяются пространственным квантованием:

,

где j = L + S - общее квантовое число атома, равное сумме азимутального и спинового квантового чисел. Поэтому магнитная энергия атомной системы не произвольна, а допустимы только некоторые ее значения. Максимально возможная величина магнитной энергии равна:

. (8.21)

Величину обычно называют магнетоном Бора и обозначают . В общем случае значение магнитной энергии будет следующее:

, (8.22)

где принимает одно из значений: .

Это значит, что энергия атомной системы расщепляется магнитным полем на отдельные подуровни. Например, атомы с общим квантовым числом j=3/2, энергия которых вне магнитного поля равна , а в магнитном поле будет иметь четыре возможных значения энергии (рис. 83).Расщепление уровней энергии атомных систем во внешнем магнитном поле было обнаружено Зееманом и поэтому названо эффект Зеемана.

Поиск по сайту: