Kapitel13 - Physik eLearning
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt 13. Atome in äusseren Magnetfeldern der Zeemaneffekt 13.1. Der Normale Zeeman Effekt 13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt 13.3. Paschen Back Effekt (1912) 13.4. Zeeman Effekt der Hyperfeinstruktur 13.5. Kern Spin Resonanz 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt 13.1. Der normale Zeeman Effekt Experiment: Betrachte die Änderung der Spektrallinien in einem magnetischen Feld 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt 13.1. Der normale Zeeman Effekt Beobachtung: Mit Äusserem Magnetfeld sieht man 3 Linien statt 1 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt Drehimpuls l r Warum 3 nicht 5 Linien???? 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt 1) Äquidistant 2) nur D ml=0, § 1 D ml=-2 Verboten (Drehimpulserhaltung) Warum 3 nicht 5 Linien???? 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt Drehimpuls wird vom Photon aufgenommen: 1) Dl=1 (im Bild immer erfüllt) 2) D ml = Richtung des Photonendrehimpulses zum Magnetfeld 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt Wiederholung: Photonendrehimpuls zirkularpolarisiertes Licht ml=-1 ml=1 Ausbreitungsrichtung Photonendrehimpuls +- h linear polarisiertes Licht ml=0 Ausbreitungsrichtung Drehimpuls gleichwahrscheinlich in oder gegen Ausbreitungsrichtung 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: m=-1 m=0 m=+1 der Zeemaneffekt 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt 13.1. Der Normale Zeeman Effekt 13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt bisher: nur l, kein Spin Beispiel: j=3/2 B-Feld Achse B-Feld Achse mj=+3/2 j=1+1/2 = 3/2 s l mj=+1/2 mj=-1/2 mj=-3/2 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt Was ändert sich wenn der Gesamtdrehimpuls j nicht nur aus Bahndrehimpulses l besteht? Ist es nicht egal ob l oder j? Abstände sind unterschiedlich Aber: mj ist komplizierter 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt l und ml antiparallel und proportional s l j l ml ms mj gj hängt von der Zusammensetzung in l, s ab 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt 13.1. Der Normale Zeeman Effekt 13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt 13.3. Paschen Back Effekt (1912) hier Ernst Emil Alexander Back (1881 - 1959) Doktorand bei Paschen Doktorarbeit: 'Zur Prestonschen Regel‘ heute: Paschen-Back-Effekt Friedrich Louis Carl Heinrich Paschen (1865 - 1947) Frage: Was passiert, wenn man das Magnetfeld soweit erhöht, dass es stärker wird als das „interne“ Magnetfeld aufgrund des Bahndrehimpulses? 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: kein B-Feld schwaches B-Feld der Zeemaneffekt starkes B-Feld ml ms +1 0 -1 +1 +1/2 +1/2 +1/2 -1/2 0 wegen -1/2 -1 gs=2 -1/2 fast gleich 0 +1/2 0 -1/2 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt Äußeres B Feld schwächer als B Feld von l “Anomaler Zeeman” Äußeres B Feld viel stärker als B Feld von l “Paschen Back” Drehimpuls l r l und s koppel einzeln ans B Feld j nicht konstant s j l l l,s koppel zu j Kopplung der magnetischen Momente aneinander wichtiger als ans B Feld B 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt Zwischenbereich: schwierig Nichtlinear 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt 13.1. Der Normale Zeeman Effekt 13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt 13.3. Paschen Back Effekt (1912) 13.4. Zeeman Effekt der Hyperfeinstruktur Hyperfein ohne B Feld Schwaches B-Feld Stärkeres B-Feld Bricht Kopplung von j und I zu F auf j Kern l s 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt 13.5. Kernspinresonanz Beispiel: Proton 1Tesla 42MHz = 10-7eV Kern Zeemanniveaus thermisch FAST statistisch besetzt (1 Tesla nur 10-6 Besetzungunterschied) 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt 13.5. Kernspinresonanz Anwendung: z.B. Magnetfeldmessung magnetische Moment des Protons sehr gut bekannt Magnetfeldmessung relativ auf 10-8 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: 13.5. Kernspinresonanz Anwendung: Chemie Die Bindungen verändern die Abschirmung des angelegten stationären B Feldes und damit die Resonanznergie der Zeemaneffekt 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: 13.5. Kernspinresonanz Anwendung: Medizin Ortsaufgelöste NMR Ortsabhängiges Magnetfeld der Zeemaneffekt
