塞曼效應是指原子光譜在外加磁場下發生分裂。 電子的自旋運動會產生環電流，進而會產生磁場；在外磁場作用下，同一軌道中自旋不同的電子能量不同導致了原子光譜的分裂。 我們可以透過考慮和不考慮外加磁場時的薛定諤方程表示式來解釋塞曼效應： 不考慮外加磁場時薛定諤方程的表示式是：HΨ=EΨ， 在這個表示式中能量只與n、l和m有關，而與磁量子數無關，也就是說與電子的自旋無關，所以具有同樣的n、l和m的電子[也就是同一軌道中自旋反平行的兩個電子]具有相同的能量；測試原子光譜時只有一條譜線。 考慮外加磁場時薛定諤方程的表示式：(H+Hb)Ψ=(E+Eb)Ψ, 此時Hb表示的是外加磁場對體系哈密頓量的影響, (H+Hb)是有外加磁場時的哈密頓量；Eb則有外場時Hb所對應的能量值，(E+Eb)是有外磁場時體系的能量；由於在外加磁場下自旋不同的電子有不同的能量，Eb值不同,所以在外磁場存在時原子光譜發生了分裂。 塞曼效應 塞曼效應是原子的光譜線在外磁場中出現分裂的現象。塞曼效應是1896年由荷蘭物理學家塞曼發現的.他發現，原子光譜線在外磁場發生了分裂。隨後洛侖茲在理論上解釋了譜線分裂成3條的原因。這種現象稱為“塞曼效應”。進一步的研究發現，很多原子的光譜在磁場中的分裂情況非常複雜，稱為反常塞曼效應。完整解釋塞曼效應需要用到量子力學，電子的軌道磁矩和自旋磁矩耦合成總磁矩，並且空間取向是量子化的，磁場作用下的附加能量不同，引起能級分裂。在外磁場中，總自旋為零的原子表現出正常塞曼效應，總自旋不為零的原子表現出反常塞曼效應。塞曼效應是繼1845年法拉第效應和1875年克爾效應之後發現的第三個磁場對光有影響的例項。塞曼效應證實了原子磁矩的空間量子化，為研究原子結構提供了重要途徑，被認為是19世紀末20世紀初物理學最重要的發現之一。利用塞曼效應可以測量電子的荷質比。在天體物理中，塞曼效應可以用來測量天體的磁場。 塞曼效應的歷史 -------------------------------------------------------------------------------- 1896年，荷蘭物理學家塞曼使用半徑10英尺的凹形羅蘭光柵觀察磁場中的鈉火焰的光譜，他發現鈉的D譜線似乎出現了加寬的現象。這種加寬現象實際是譜線發生了分裂。隨後不久，塞曼的老師、荷蘭物理學家洛侖茲應用經典電磁理論對這種現象進行了解釋。他認為，由於電子存在軌道磁矩，並且磁矩方向在空間的取向是量子化的，因此在磁場作用下能級發生分裂，譜線分裂成間隔相等的3條譜線。塞曼和洛侖茲因為這一發現共同獲得了1902年的諾貝爾物理學獎。 1897年12月，普雷斯頓(T.supeston)報告稱，在很多實驗中觀察到光譜線有時並非分裂成3條，間隔也不盡相同，人們把這種現象叫做為反常塞曼效應，將塞曼原來發現的現象叫做正常塞曼效應。反常塞曼效應的機制在其後二十餘年時間裡一直沒能得到很好的解釋，困繞了一大批物理學家。1925年，兩名荷蘭學生烏侖貝克(G.E.Uhlenbeck,1900--1974)和古茲米特(S.A.Goudsmit,1902--1978)提出了電子自旋假設，很好地解釋了反常塞曼效應。 應用正常塞曼效應測量譜線分裂的頻率間隔可以測出電子的荷質比。由此計算得到的荷質比數值與約瑟夫·湯姆生在陰極射線偏轉實驗中測得的電子荷質比數量級是相同的，二者互相印證，進一步證實了電子的存在。 塞曼效應也可以用來測量天體的磁場。1908年美國天文學家海爾等人在威爾遜山天文臺利用塞曼效應，首次測量到了太陽黑子的磁場。 正常塞曼效應的理論解釋 -------------------------------------------------------------------------------- 不加外磁場時，原子在兩個能級E1和E2（E12）之間躍遷的能量差為 :Delta E = h u = E_ - E_ 原子核的磁矩比電子磁矩小大約三個數量級。如果只考慮電子的磁矩對原子總磁矩的貢獻，那麼磁場引起的附加能量為 :Delta U = -mathbfcdotmathbf = -mu_B = m_g_mu_B
塞曼效應是指原子光譜在外加磁場下發生分裂。 電子的自旋運動會產生環電流，進而會產生磁場；在外磁場作用下，同一軌道中自旋不同的電子能量不同導致了原子光譜的分裂。 我們可以透過考慮和不考慮外加磁場時的薛定諤方程表示式來解釋塞曼效應： 不考慮外加磁場時薛定諤方程的表示式是：HΨ=EΨ， 在這個表示式中能量只與n、l和m有關，而與磁量子數無關，也就是說與電子的自旋無關，所以具有同樣的n、l和m的電子[也就是同一軌道中自旋反平行的兩個電子]具有相同的能量；測試原子光譜時只有一條譜線。 考慮外加磁場時薛定諤方程的表示式：(H+Hb)Ψ=(E+Eb)Ψ, 此時Hb表示的是外加磁場對體系哈密頓量的影響, (H+Hb)是有外加磁場時的哈密頓量；Eb則有外場時Hb所對應的能量值，(E+Eb)是有外磁場時體系的能量；由於在外加磁場下自旋不同的電子有不同的能量，Eb值不同,所以在外磁場存在時原子光譜發生了分裂。 塞曼效應 塞曼效應是原子的光譜線在外磁場中出現分裂的現象。塞曼效應是1896年由荷蘭物理學家塞曼發現的.他發現，原子光譜線在外磁場發生了分裂。隨後洛侖茲在理論上解釋了譜線分裂成3條的原因。這種現象稱為“塞曼效應”。進一步的研究發現，很多原子的光譜在磁場中的分裂情況非常複雜，稱為反常塞曼效應。完整解釋塞曼效應需要用到量子力學，電子的軌道磁矩和自旋磁矩耦合成總磁矩，並且空間取向是量子化的，磁場作用下的附加能量不同，引起能級分裂。在外磁場中，總自旋為零的原子表現出正常塞曼效應，總自旋不為零的原子表現出反常塞曼效應。塞曼效應是繼1845年法拉第效應和1875年克爾效應之後發現的第三個磁場對光有影響的例項。塞曼效應證實了原子磁矩的空間量子化，為研究原子結構提供了重要途徑，被認為是19世紀末20世紀初物理學最重要的發現之一。利用塞曼效應可以測量電子的荷質比。在天體物理中，塞曼效應可以用來測量天體的磁場。 塞曼效應的歷史 -------------------------------------------------------------------------------- 1896年，荷蘭物理學家塞曼使用半徑10英尺的凹形羅蘭光柵觀察磁場中的鈉火焰的光譜，他發現鈉的D譜線似乎出現了加寬的現象。這種加寬現象實際是譜線發生了分裂。隨後不久，塞曼的老師、荷蘭物理學家洛侖茲應用經典電磁理論對這種現象進行了解釋。他認為，由於電子存在軌道磁矩，並且磁矩方向在空間的取向是量子化的，因此在磁場作用下能級發生分裂，譜線分裂成間隔相等的3條譜線。塞曼和洛侖茲因為這一發現共同獲得了1902年的諾貝爾物理學獎。 1897年12月，普雷斯頓(T.supeston)報告稱，在很多實驗中觀察到光譜線有時並非分裂成3條，間隔也不盡相同，人們把這種現象叫做為反常塞曼效應，將塞曼原來發現的現象叫做正常塞曼效應。反常塞曼效應的機制在其後二十餘年時間裡一直沒能得到很好的解釋，困繞了一大批物理學家。1925年，兩名荷蘭學生烏侖貝克(G.E.Uhlenbeck,1900--1974)和古茲米特(S.A.Goudsmit,1902--1978)提出了電子自旋假設，很好地解釋了反常塞曼效應。 應用正常塞曼效應測量譜線分裂的頻率間隔可以測出電子的荷質比。由此計算得到的荷質比數值與約瑟夫·湯姆生在陰極射線偏轉實驗中測得的電子荷質比數量級是相同的，二者互相印證，進一步證實了電子的存在。 塞曼效應也可以用來測量天體的磁場。1908年美國天文學家海爾等人在威爾遜山天文臺利用塞曼效應，首次測量到了太陽黑子的磁場。 正常塞曼效應的理論解釋 -------------------------------------------------------------------------------- 不加外磁場時，原子在兩個能級E1和E2（E12）之間躍遷的能量差為 :Delta E = h u = E_ - E_ 原子核的磁矩比電子磁矩小大約三個數量級。如果只考慮電子的磁矩對原子總磁矩的貢獻，那麼磁場引起的附加能量為 :Delta U = -mathbfcdotmathbf = -mu_B = m_g_mu_B