Бақылау сұрақтары

Бақ ылау сұ рақ тары

1. Молекулалық спектрдiң атомдық спектрденайырмашылығ ынеде? Молекулалардың энергетикалық дең гейлерiнiң қ ұ рылымық андай?

2. Молекулалардың электрондық, тербелiсжә неайналыскү йлерi араларындағ ыкванттық ауысуларспектрдiң қ андайаймақ тарындабiлiнедi?

3. Айналыс (тербелiс) кванттық саныө скендемолекуланың айналыс (тербелiс) термдерiнiң арақ ашық тығ ық алайө згередi?

4. Электрондық -тербелiс-айналысспектрлерiнiң (тербелiс-айналысспектрiнiң ) айналыстү зілiсi сызық тарының арақ ашық тық тарыайналыссаныө скендеқ алайө згередi? Тазаайналысспектрiндеше?

5. Екiатомдымолекулалардың ядроаралық қ ашық тық тарыбұ ларқ озғ анэлектрондық кү йлергеауысқ андаө згереме?

6. Молекулалық жолақ тың канты деген не, ол қ алай пайда болады?

7. Молекуланың потенциалдық қ исығ ын тү сіндiрiң iз?

8. Молекуланың электрондық, тербелiс, айналыс энергияларының реттiк шамалары қ андай?

9. Молекулалық iшкi қ озғ алыстардың ә р тү рге бө лiнуiнiң физикалық дә лелi.

10. Молекуладағ ы тербелiстердi гармоникалық жә не ангармоникалық модельдер кө мегiмен бейнелеп берiң iз.

11. Молекуланың диссоциация энергиясының анық тамасы. Ол молекуланың тербелiс параметрлерiмен қ алай байланысқ ан?

12. ЗЕЕМАН ЭФФЕКТІ

12. 1. Жұ мыстың мақ саты: кадмий бар спектрлік шамның сызық тарының магнит ө рісінде жіктелуін зерттеу. Бор магнетонын мә нін анық тау.

12. 2. Теориялық кіріспе

Егер жарық кө зін магнит ө рісіне орналастырса, онда осы жарық кө зі шығ аратын жарық тың спектрі ө згереді: ә рбір спектрлік сызық бірнеше қ ұ раушығ а жіктеледі. Осы қ ұ былыс Зееман эффекті деп аталады (1896 жыл). Жіктелген спектрлік сызық тың қ ұ раушы санына байланысты Зееман эффекті қ арапайым (қ алыпты) жә не кү рделі (аномаль) Зееман эффектілері болып бө лінеді. Сыртқ ы магнит ө рісі бағ ыты бойымен бақ ылағ анда спектрлік сызық тардың жіктелу кө рінісі Зееман бойлық эффекті деп, ал ө ріске перпендикуляр бағ ыт ү шін-кө лденең Зееман эффекті деп аталады. Қ арапайым Зееман эффектінде индукциясы магнит ө рісінде егер бақ ылау магнит ө рісінің кү ш сызық тары бойымен бақ ылағ анда, спектрлік сызық бір-бірінен қ ашық тық та болатын екі қ ұ раушығ а жіктеледі, немесе қ ұ раушылардың аралығ ы болатын ү ш қ ұ раушығ а жіктеледі, егер бақ ылау магнит ө рісінің кү ш сызық тарына перпендикуляр бағ ытта жү ргізілсе. Спектрлік сызық тардың магнит ө рісінде жіктелуі осы шарттарды қ анағ аттандырмайтын жағ дайларда (мысалы, жіктелеген қ ұ раушылар саны кө п, немесе, қ ұ раушылардың ара қ ашық тығ ы басқ аша болатын) кү рделі Зееман эффекті болады.

Зееман эффектінің теориясына сә йкес қ арапайым Зееман эффекті екі синглет термдер арасындағ ы кванттық ауысулар нә тижесінде алынатын спектрлік сызық тар ү шін байқ алады да, ал басқ а жағ дайларда кү рделі Зееман эффекті орын алады. Осы жұ мыста екі валенттік электроны бар атомдардың спектрлік сызық тарының зеемандық жіктелуі зерттеледі. Осы элементтердің атомдарында екі валенттік электрондары бар, демек, бұ лардың термдерінің екі мультиплеттігі-синглеттік жіне триплеттік термдері болады. Сондық тан кадмидың (немесе ) бір сызық тары (синглеттер) қ арапайым зеемандық жіктеледі, ал басқ а сызық тары (триплеттер) кү рделі зеемандық жіктеледі. Спектрлік сызық тардың зеемандық жіктелген қ ұ раушылары полязирацияланғ ан болады. Сонда магниттік саны ө згермейтін кванттық ауысуларғ а сә йкес зеемандық қ ұ раушылар сызық тық поляризацияланғ ан болады. Сызық тың осындай қ ұ раушылары –қ ұ раушылар деп аталады. кванттық ауысуларына сә йкес қ ұ раушылар дө ң гелек бойынша поляризацияланғ ан болады. Бұ ларды –қ ұ раушылар деп атайды. Бұ ларда жарық толқ ынының электрлік векторы бағ ытына перпендикуляр жазық тық та дө ң гелек тербелістер жасайды. Ал –қ ұ раушыларда электрлік вектор бағ ытына параллель сызық тық тербелістер жасайды.

Сыртқ ы магнит ө рісінде спектрлік сызық тардың бірнеше қ ұ раушығ а жіктелуі магнит ө рісінің атомдарғ а ә сер етуінен бұ лардың энергетикалық дең гейлерінің жіктелуінен болады.

Дең гейлердің (термдердің ) зеемандық жіктелуі былай тү сіндіріледі. магниттік моменті бар атом магнит ө рісінде

(12. 1)

қ осымша энергия қ абылдайды, мұ ндағ ы –магниттік моменттің ө ріс бағ ытына проекциясы.

Атомның магниттік моменті жә не оның ө ріс бағ ытына проекциясы мына формулалармен анық талады (квантмеханикалық есептеулер бойынша)

(12. 2)

(12. 3)

Мұ ндағ ы

(12. 4)

-Ланде факторы (кө бейткіші), –Бормагнетоны.

(12. 3) ө рнекті (12. 1)-ге қ ойып, мына ө рнекті аламыз

, (12. 5)

Осы формуладан терміне сай энергетикалық дең гей бір-бірінен бірдей қ ашық тық та орналасқ ан дең гейшелерге жіктелетіндігі кө рінеді, жә не де жіктелу шамасы Ланде кө бейткішіне, яғ ни берілген дең гейдің кванттық сандарына тә уелді болады.

Ө ріс жоқ жағ дайда кванттық сан мә ндері ә р тү рлі кү йлердің энергиялары бірдей, яғ ни кванттық саны бойынша азғ ындалу болады. Магнит ө рісі бойынша азғ ындалуды жояды.

1. Алдымен нә зік тү зілісі жоқ спектрлік сызық тардың (синглеттер) зеемандық жіктелуін қ арастырайық. Осындай сызық тар болатын дең гейлер арасындағ ы кванттық ауысулар жағ дайында пайда болады. Осындай дең гейлер ү шін . Демек, (12. 5) формула мына тү рге келеді

, (12. 6)

Сурет 12. 1 Магнит ө рісінде жә не дең гейлерінің жіктелуі жә не бұ лардың араларындағ ы рұ қ сат етілген ауысулар [48]

12. 1-суретте жә не кү йлері ( ауысуы ү шін) арасындағ ы ауысу ү шін дең гейлердің жә не спектрлік сызық тардың жіктелуі кө рсетілген. ө ріс жоқ та жиілігі бір сызық бақ ыланады. Ө ріс қ осылғ анда сызық тан басқ а оғ ан қ атысты симметриялы орналасқ ан жиіліктері жә не екі сызық пайда болады. 12. 2-суретте кү рделірек жағ дай – ауысуы ү шін дең гейлер мен спектрлік сызық тардың жіктелуі берілген. Осы жағ дайда бастапқ ы сызық жеті қ ұ рақ шығ а жіктелуі тиіс сияқ ты. Бірақ та жағ дайдағ ыдай тек ү ш қ ұ раушы: жиілігі сызық жә не оғ ан симметриялы орналасқ анжиіліктері , екі сызық алынады. Бұ л магниттік кванттық саны ү шін сұ рыптау ережесінің болуымен тү сіндіріледі. Осы ережеге сә йкес ө згеріссіз қ алатын немесе бірге ө згеретін кванттық ауысулар ғ ана мү мкін болады:

1 (12. 7)

Сурет 12. 2 жә не дең гейлерінің магнит ө рісінде жіктелуі

жә не бұ лардың аралығ ындағ ы кванттық ауысылуы [49].

Осы ережеге сә йкес 12. 2-суретте келтірілген ауысулар ғ ана мү мкін болады. Осының нә тижесінде 12. 1-суретте кесінделген жағ дайдағ ыдай сондай жиіліктері бар ү ш қ ұ раушы алынады.

Қ арастырылғ ан жағ дайларда алынғ ан қ ұ раушылардың ығ ысуы қ алыпты немесе лоренцтік ығ ысу деп аталады. (6) формулағ а сә йкес осы ығ ысу мынағ ан тең:

. (12. 8)

Сонымен қ арапайым Зееман эффекті бастапқ ы сызық тардың нә зік қ ұ рылымы болмағ ан жағ дайда, яғ ни синглеттер болғ анда бақ ыланады. Нә зік қ ұ рылымы бар сызық тарда қ ұ раушылар саны ү штен кө п болады, ал жіктелу шамасы қ алыпты ығ ысудан рационалдық бө лшек қ ұ райды:

, (12. 9)

мұ ндағ ы жә не –ү лкен емес бү тін сандар.

2. Енді цинктың кө к триплетінің бір сызығ ы- сызығ ының зеемандық жіктелуін қ арастырайық.

Индукциясы магнит ө рісіне орналастырылғ ан атомның энергиясы

(12. 10)

мұ ндағ ы (12. 5)-атомның магниттік моментінің магнитө рісімен ә серлесу энергиясы; -атомның жағ дайындағ ы энергиясы, -Ланде кө бейткіші; -Бор магнетоны.

-кү йі ү шін: .

(12. 10) жә не (12. 5) ө рнектерінен атомның осы дең гейлерінің ә рқ айсысы магнит ө рісінде ү ш дең гейшеге жіктелетіндігі келіп шығ ады (12. 3-сурет).

Сурет 12. 3 Магнит ө рісінде жә не дең гейлерінің магнит

ө рісінде жіктелуі жә не бұ лардың араларындағ ы кванттық ауысулар.

магниттік кванттық саны ү шін ( -қ ұ раушылар) ( -қ ұ раушылар) сұ рыптау ережесіне сә йкес сызығ ы магнит ө рісінде алты қ ұ раушығ а жіктеледі (12. 3-сурет). Ә рқ айсысы мә німен сипатталатын дең гейшелер араларында кванттық ауысуғ а тыйым салынғ ан, ө йткені осы жағ дайда бірдей

Жіктелу шамасы мына жалпы қ атынаспен анық талады:

Осыдан

, (12. 11)

(12. 12)

мұ ндағ ы

, –Лоренцтікығ ысу,

Сонымен, (12. 2), (12. 12) жә не сұ рыптау ережесі бойынша сызығ ы магнит ө рісінде алты қ ұ раушығ а жіктеледі:

, (12. 13)

Бұ л жұ мыста кадмийдің спектрлік сызық тарының магнит ө рісінде жіктелуі (Зееман эффекті) зерттеледі, Бор магнетоны анық талды.

Жұ мыс орындалатын эксперименттік қ ондырғ ы (12. 4-сурет) спектрлік сызық тардың жіктелуін ө ріске кө лденең бағ ытта (Зееманның кө лденең эффекті) жә не магнит ө рісінің бағ ыты бойымен (Зееманның бойлық эффекті) бақ ылауғ а жә не зерттеуге мү мкіндік береді. Қ арапайым Зееманның қ арапайым да, кү рделі де эффекті ү шін.

Қ арапайым Зееман эффекті қ алыпты Зеемандық триплет беретін кадмийдің спектрлік сызығ ымен зерттеледі ( ). Қ ондырғ ыда ажыратқ ыштық кү ші жоғ ары аспап ретінде Фабри-Перо интерферометрі қ олданылады. Ол спектрлік сызық тың магнит ө рісінде жіктелген зеемандық қ ұ раушыларының толқ ын ұ зындық тарының немесе толқ ындық сандарының айырымдарын анық тауғ а мү мкіндік береді. Біріне бірі ө те жақ ын орналасқ ан зеемандық қ ұ раушыларды a, b, c арқ ылы белгілейк. а жә не b қ ұ раушылардың толқ ындық сандарының немесе бұ лардың толқ ын ұ зындық тарының айырымы мына формуламен анық талады:

мұ ндағ ы -интерферометрдің тұ рақ тысы, -интерферометр айналарының ара қ ашық тығ ы;

ә рбір интерференциялық қ атардағ ы кө рші қ ұ раушылар (а жә не b) арасындағ ы интерференциялық сақ иналардың диаметрлері (радиустары квадратының айырымы):

ә рбір қ ұ раушылның (а жә не b) кө рші интерференциялық қ атарлары ( ) арасындағ ы интерференциялық сақ иналарының диаметрлері (радиустары) квадраттарының айырымы.

Атомдарғ а электрондарының сә уле шығ арып ауыслары ү шін атом энергиясының ө згерісі мынағ ан тең:

Екінші жағ ынан, энергияның ө згерісі В магнит индукциясының шамасына пропорционал. Бор магнетоны жә не В арасындағ ы пропорциялық коэффициент ретінде анық талады:

(18) жә не (19) ө рнектерінен мына ө рнек алынады:

12. 3. Жұ мыстың орындалуы:

Сурет 12. 4 Қ ондырғ ының жалпы тү рі [50]

Сурет 12. 5Оптикалық компонеттердің оптикалық скамьеде орналасуы [50]

Қ ондырғ ыны жинаң ыз:

1. Электромагнитті айналымы ү стелге орналастырып оны ұ штық тар арқ ылы бекітің із, сонда кадмий шам ү шін жеткілікті ү лкен қ алатындай болсын. Магнит ағ ыны пайда болғ анда иұ штық тар қ озғ алмайтындай етіп бекіту керек. Кадмий шамды ұ штық тар аралығ ына шам ұ штық тарғ а тимейтіндей етіп орналастырың ыз да оны спектрлік шамдар ү шін қ орек кө зіне қ осың ыз. 2200мкФ конденсатор қ орек кө зінің шығ ысымен паралель жалғ ануы тиіс.

2. Оптикалық скамьеде 12. 4 суретке сә йкес мына элементтерді орналастырың ыз (жақ ша ішінде бұ лардың орналысуы сантиметрде берілген):

80 Телекамера ССД

73 Линза

45 Анализатор

39 Линза

33Фабри – Паро

25 Линза

20 Кристік диафрагма

1. линза жә не интерференциялық суреттер жасау ү шін қ ажетті паралель дерлік жарық сә улесін береді. Фабри-Перо эталонында ауыспалы жарық сү згіш бар.

2. Электромагнит орналыстырғ ан айналмалы ү стелді, полюстік ұ штық тар жә не кадмий шамды, ұ штық тардағ ы тесіктердің центрі бә рінен 28 см қ ашық тық та орналысындай орналастырың ыз. Оптикалық скамья барлық қ ұ раушылармен электромагнитке жақ ын маң да иристік диафрагманы алып қ ойғ анда жә не магнит ө рісін бақ ылау бойымен бағ ыттағ анда ұ штық тардың біреуінің бақ ылау тесігі алып қ ойылғ ан иристік дифрагманың орналысуымен дә л келетіндей қ ашық тық та орналысуы тиіс. Шығ ар тесік линзаның жазық тығ ында болуын тексерің із.

3. Лампаны қ осың ыз, электромагниттерді қ оспай тұ рып. Фабри – Перо эталонның немесе линзаның аздап жылжытып немесе телекамераның кө лбеулігін ө згертіп компьютер экранында интерференциялық сурет алың ыз. Сурет центрде орналысуы тиіс, жә не айқ ын, симметриялы дұ рысдө ң гелектер болуы тиіс. Кескінді алу ү шін Файл менюіне кіріп «Capture Window»оперциясын таң дап алың ыз. эксперимент қ араң ғ ыланғ ан бө лмеде жү ргізілуі керек.

⇐ Предыдущая 24 25 26 27 282930 31 32 33 Следующая ⇒