Beobachtungen:
Zeemann-Effekt
Als Zeemann-Effekt bezeichnet man das (mehrfache) Aufspalten von Spektrallinien im Magnetfeld. Es handelt sich um eine Wechselwirkung zwischen den magnetischen Eigenschaften der Atome (Bahndrehimpuls, Spin) und dem angelegten Magnetfeld.
Aus einer Spektrallinie entstehen mehrere, die sich symmetrisch um die ursprüngliche Linienlage verteilen.
Je stärker das Magnetfeld ist, um so mehr ändern sich die Energieniveaus und damit die Wellenlängenabstände.
Beispiel: Ohne Magnetfeld sind die Übergänge zwischen zwei unterschiedlichen Energieniveaus z.B. E0 und E1 zu beobachten .
Es gilt für jedes Energieniveau, wenn das Magnetfeld B nicht Null ist
Epot= m µB B Potentielle Energie für ein umlaufendes Elektron, m=Magnetquantenzahl, B Magnetfeld (Induktionsflußdichte)
µB = Bohrsches
Magneton = 5,8 E-5 eV/T oder 9,3 E-24 J/T
gJ = Landé-Faktor
für Elektron = 2,002
für Proton = 5,59
für Atoms = 1 + ((J(J+1) + S)S+1) - L(L+1))/ (2J(J+1))
(J = GesamtDrehimpuls, L GesamtBahndrehimpuls, S GesamtSpin)
Beim Übergang eines Elektrons von E0 nach E1 entsteht ohne
Magnetfeld Strahlung mit der Energie = (E0-E1), gJ = Landé-Faktor
für Elektron = 2,002
für Proton = 5,59
für Atoms = 1 + ((J(J+1) + S)S+1) - L(L+1))/ (2J(J+1))
(J = GesamtDrehimpuls, L GesamtBahndrehimpuls, S GesamtSpin)
mit Magnetfeld sind noch kleinere Beiträge zuzurechnen bzw. abzuziehen.
beispielsweise: zweifache Aufspaltung,
E = E0 + 2 gJ
µB B
1---------
E = E0 + 1 gJ µB B 2--------------
E = E0 -----3-------------- Energieniveau 0 ohne Magnetfeld
E = E0 - 2 gJ µB B | 4--------------
E = E0 - 2 gJ µB B | 5---------
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E = E0 + 1 gJ µB B 2--------------
E = E0 -----3-------------- Energieniveau 0 ohne Magnetfeld
E = E0 - 2 gJ µB B | 4--------------
E = E0 - 2 gJ µB B | 5---------
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E = E1 + 2 gJ
µB B
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6---------
E = E1 + 1 gJ µB B | 7--------------
E = E1 -----8--------------- Energieniveau 1 ohne Magnetfeld
E = E1 - 2 gJ µB B 9--------------
E = E1 - 2 gJ µB B 10---------
E = E1 + 1 gJ µB B | 7--------------
E = E1 -----8--------------- Energieniveau 1 ohne Magnetfeld
E = E1 - 2 gJ µB B 9--------------
E = E1 - 2 gJ µB B 10---------
Der Übergang vom Niveau 1 zum Niveau 10 hat eine größere Energiedifferenz als der ursprüngliche von 3 nach 8.
Nicht alle möglichen Kombinationen sind erlaubt. (Auswahlregel, delta-L= +/-1, delta-m= 0, +/-1, delta-s= 0)
http://de.wikipedia.org/wiki/Zeeman-Effekt
Man nutzt diesen Effekt aus, um über eine Spektralanalyse beispielspielsweise Magnetfelder auf der Sonne zu bestimmen.
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| Abb. 01: Zwischen den Polschuhen
eines Elektromagneten .... (FB) |
Abb. 02: . . . befindet sich
eine Quecksilber-Spektrallampe, die im sichtbaren Licht mehrere Linien
zeigt. (FB) |
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| Abb. 03: Ein Etalon: zwei
planparallele Glasplatten sind exakt justiert. Tritt monochromatisches
Licht durch die Platten hindurch, sind Beugungsringe zu beobachten.
Ändert sich die Wellenlänge, vergrößert oder
verkleinern sich die Ringdurchmesser. Beim Zeemann-Effekt entstehen beim Einschalten des Magnetfeldes aus jedem Ring zusätzliche (etwa wie Doppelbilder). (FB) |
Abb. 04: Schmalbandige
Interferenzfilter lassen vom Licht der Quecksilberlampe jeweils nur
eine Spektrallinie durch. (FB) |
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31.12.2008 F.Balck |
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