第六章在磁場中的原子主要參考書：褚圣麟編的《原子物理學(xué)》楊福家編的《原子物理學(xué)》第六章在磁場中的原子主要參考書：1內(nèi)容：1.原子的磁矩2.外磁場對原子的作用3.史特恩－蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果4.順磁共振5.塞曼效應(yīng)6.抗磁性、順磁性和鐵磁性內(nèi)容：1.原子的磁矩2第六章在磁場中的原子6.1原子的磁矩電子軌道運(yùn)動的閉合電流為：面積：一個(gè)周期掃過的面積：

原子磁性問題的關(guān)鍵是原子的磁矩，在第二章討論到原子中的電子，由于軌道運(yùn)動，具有軌道磁矩。第六章在磁場中的原子6.1原子的磁矩電子軌道運(yùn)動3順磁性和鐵磁性抗磁性課件4一、單電子原子的磁矩g為朗德因子

單電子原子的軌道磁矩和自旋磁矩合成的總磁矩在總角動量的延長線上的分量稱作原子的總磁矩。計(jì)算過程略一、單電子原子的磁矩g為朗德因子單電子原子的軌5二、具有兩個(gè)或兩個(gè)以上電子的原子的磁矩

①對于LS耦合②對于Jj耦合是屬于(n-1)個(gè)電子構(gòu)成的集體的數(shù)值是最后加的那個(gè)電子的數(shù)值對兩個(gè)或兩個(gè)以上的原子的磁矩的表達(dá)式是：二、具有兩個(gè)或兩個(gè)以上電子的原子的磁矩①對于LS耦合6

在第四章討論光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)時(shí)，提出了電子的自旋，電子還具有自旋磁矩，它的數(shù)值是：

原子中電子的軌道磁矩和自旋磁矩合成原子的總磁矩。原子核也有磁矩，表示它的公式也具有的倍數(shù)形式，但分母中的質(zhì)量M是質(zhì)子的質(zhì)量，大于電子質(zhì)量1836倍，所以原子核的磁矩比電子的磁矩要小三個(gè)數(shù)量級，計(jì)算原子總磁矩時(shí)可暫不考慮原子核的磁矩。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推得在第四章討論光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)時(shí)，提出了電子的自旋，電子76.2外磁場對原子的作用一、拉莫爾旋進(jìn)原子既有總磁矩，處在外磁場中就要受場的作用，其效果是磁矩繞磁場的方向作旋進(jìn)，這也就是總角動量繞磁場方向旋進(jìn)。這種旋進(jìn)稱作拉莫爾旋進(jìn)。旋進(jìn)的頻率：拉莫爾旋進(jìn)的角速度表示為：6.2外磁場對原子的作用一、拉莫爾旋進(jìn)旋進(jìn)的頻率：拉莫爾旋8總結(jié)：原子的磁矩與外磁場強(qiáng)度的夾角大于900時(shí)，即就是原子的總角動量與外磁場強(qiáng)度的的夾角小于900度時(shí)，旋進(jìn)的角動量疊加在在H方向的分量上，是這方向的角動量增加，因而體系的能量較無磁場時(shí)增加。原子的磁矩與外磁場強(qiáng)度的夾角小于900時(shí)，即就是原子的總角動量的分量在的相反方向上。因而旋進(jìn)引起能量的減少。總結(jié)：原子的磁矩與外磁場強(qiáng)度的夾9二、原子受磁場作用的附加能量一個(gè)具有磁矩的原子處在外磁場中時(shí)，將具有附加的能量：為角動量在外場方向的分量，是量子化的。磁量子數(shù)二、原子受磁場作用的附加能量一個(gè)具有磁矩的原子處在外磁場中時(shí)10共個(gè)。

共個(gè)共

個(gè)，共個(gè)(一般情況下)。玻爾磁子共個(gè)。共個(gè)共個(gè)，共個(gè)(一般情況下)。玻爾11例2計(jì)算下列能級在外磁場中的分裂情況：(L-S耦合)

(1)

(3)

(2)解：(1)

：，(2)：(3)：例2計(jì)算下列能級在外磁場中的分裂情況：(L-S耦合)126.3史特恩—蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果史特恩—蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的方法在第二章中已經(jīng)敘述了。在那里只知道銀原子在非均勻磁場中，原子的軌道運(yùn)動的磁矩和角動量是量子化的。現(xiàn)在我們知道原子的總磁矩是同總角動量聯(lián)系的磁矩，原子中電子的軌道磁矩和自旋磁矩合成原子的總磁矩（原子核也有磁矩，但可忽略）6.3史特恩—蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的結(jié)果史特恩—蓋拉13順磁性和鐵磁性抗磁性課件14施特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的解釋軌道運(yùn)動：

自旋運(yùn)動：

朗德因子具有磁矩的原子在磁場中要受到力和力矩的作用，共個(gè)施特恩-蓋拉赫實(shí)驗(yàn)的解釋軌道運(yùn)動：自旋運(yùn)動：15對銀的實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)兩條黑線的解釋：所以銀原子的基態(tài)是

因此這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也是這些量子數(shù)數(shù)值的正確性的有力證明。對銀的實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)兩條黑線的解釋：所以銀原子的基態(tài)是16順磁性原子：具有磁矩的原子稱為順磁性原子。二能級的間隔，也就是M和M+1或M-1兩能級的能量差，等于順磁共振：在順磁性原子所在的穩(wěn)定磁場區(qū)域又疊加一個(gè)同穩(wěn)定磁場垂直的交變磁場，而它的的頻率又調(diào)整到剛好等于原子在磁場中的二鄰近能級差，也就是二鄰近能級間就有躍遷，這就是順磁共振。

當(dāng)磁矩不等于零的原子處在磁場中時(shí)，它的能級分裂成數(shù)層；裂成的能級同原能級的差值等于：順磁性原子：具有磁矩的原子稱為順磁性原子。二能級的間隔，也就17順磁共振有三個(gè)作用①可以測定原子基態(tài)的g值實(shí)驗(yàn)是用固定頻率的電磁波進(jìn)行的，這就需要調(diào)整電磁鐵的電流，使磁場強(qiáng)度H逐漸改變。當(dāng)H滿足式的值時(shí)，由于是固定的，就可以由此式算出原子的基態(tài)g值。②波譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)：

由于原子受周圍的影響，在同磁場下裂開的能級可以不是等間隔的，每一個(gè)間隔相當(dāng)于一個(gè)共振峰，這就要出現(xiàn)幾個(gè)共振峰。由于能級間隔不同，而輸入的電磁波的頻率固定，那就必須調(diào)整H到不同的數(shù)值，因此在不同的H值出現(xiàn)共振。順磁共振有三個(gè)作用實(shí)驗(yàn)是用固定頻率的電磁波進(jìn)行的，這就需要調(diào)18③波譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)：

在有些情況下，一個(gè)共振峰又裂成幾個(gè)很挨近的峰，這是由于原子核的磁矩的影響而產(chǎn)生的。核磁矩在足夠強(qiáng)的磁場中可以有2L+1個(gè)取向，L是核角動量量子數(shù)。這就有不同的能量附加在原來原子的磁能級上，這樣就有不同的能級間隔，但核磁矩很小，只有電子磁矩的千分之一的數(shù)量級，所以引起的附加能量不大。在順磁共振實(shí)驗(yàn)中，每一個(gè)共振吸收峰代表一個(gè)能級差。現(xiàn)在既有幾個(gè)稍有不同的能級差，因而也出現(xiàn)幾個(gè)靠近的共振峰。③波譜的超精細(xì)結(jié)構(gòu)：196.5塞曼效應(yīng)1896年，荷蘭物理學(xué)家塞曼發(fā)現(xiàn)：若把光源放入磁場中，則一條譜線就會分裂成幾條，這種現(xiàn)象稱為塞曼效應(yīng)。正常塞曼效應(yīng)：一條譜線在外磁場作用下，分裂為等間隔的三條譜線。一條在原位，左右還各有一條。反常塞曼效應(yīng)：除正常塞曼效應(yīng)外的塞曼效應(yīng)。6.5塞曼效應(yīng)1896年，荷蘭物理學(xué)家塞曼發(fā)20塞曼效應(yīng)的成因1．反常塞曼效應(yīng)當(dāng)原子處于外磁場中時(shí)，由于原子磁矩和外加磁場的相互作用，原子的能級分裂為層，因此譜線也將分裂，這就是塞曼效應(yīng)。設(shè)無磁場時(shí)，有兩個(gè)能級它們之間的躍遷將產(chǎn)生一條譜線：

若加外磁場，則兩個(gè)能級各附加能量使能級發(fā)生分裂，所以光譜為：塞曼效應(yīng)的成因1．反常塞曼效應(yīng)當(dāng)原子處于外磁21其中其中22躍遷選擇定則：

(

除外)例3討論Na雙線：，；

，在外場中的分裂情況。

解：

，

，

，

，

，

，

，

，

，

，

，

，躍遷選擇定則：(除外)例3討論Na雙線：，；23(1)格羅春圖0,+1,-1

，分為4條。(2)格羅春圖：3/21/2-1/2-3/2：1/2-1/2

0,+1,-1

，分為六條。：1/2-1/2

：1/2-1/2

躍遷選擇定則：

(當(dāng)

除外)(1)格羅春圖0,+1,-124順磁性和鐵磁性抗磁性課件252．正常塞曼效應(yīng)當(dāng)原子的總自旋

時(shí)，

，能級分裂：

，共個(gè)即只有三條譜線，其能級間隔為

2．正常塞曼效應(yīng)當(dāng)原子的總自旋時(shí)，，能級分裂：26例4鎘原子的一條譜線(，中發(fā)生分裂，問(1)原譜線分為幾條？(2)相鄰譜線的間隔為)在外場多少？(3)是否為正常塞曼效應(yīng)？(4)畫出相應(yīng)的能級圖。解：，

，

，

，

，

，，：210-1-2

：10-1

格羅春圖

0

,+1,-1，躍遷選擇定則：

(當(dāng)

除外)例4鎘原子的一條譜線(，中發(fā)生分裂，問(1)原譜線分為幾條27：210-1-2

：10-1

格羅春圖

0

,+1,-1，：210-128順磁性和鐵磁性抗磁性課件296.6抗磁性、順磁性和鐵磁性抗磁性：有些物質(zhì)放在磁場中磁化后，它的宏觀磁矩的方向同磁場方向相反，這類物質(zhì)稱為抗磁性的。凡是總磁矩等于零的原子或分子都表現(xiàn)抗磁性。M代表磁化后單位體積的磁矩—即磁化強(qiáng)度對于抗磁性物質(zhì)，M和H相反；對于順磁性物質(zhì)，M和H相同。順磁性：另有一些物質(zhì)在磁場中磁化后的宏觀磁矩的方向同磁場方向相同，這類物質(zhì)稱為順磁性的。總磁矩不等于零的原子或分子表現(xiàn)為順磁性。6.6抗磁性、順磁性和鐵磁性抗磁性：有些