13. Atome in äusseren Magnetfeldern der Zeemaneffekt

Präsentation zum Thema: "13. Atome in äusseren Magnetfeldern der Zeemaneffekt"—  Präsentation transkript:

1 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

2 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
13.1. Der normale Zeeman Effekt Experiment: Betrachte die Änderung der Spektrallinien in einem magnetischen Feld

3 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
13.1. Der normale Zeeman Effekt Beobachtung: Mit Äusserem Magnetfeld sieht man 3 Linien statt 1

4 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
Drehimpuls l r Warum 3 nicht 5 Linien????

5 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????

6 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
Drehimpuls wird vom Photon aufgenommen: Dl=1 (im Bild immer erfüllt) D ml = Richtung des Photonendrehimpulses zum Magnetfeld

7 Wiederholung: Photonendrehimpuls
13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt Wiederholung: Photonendrehimpuls zirkularpolarisiertes Licht Photonendrehimpuls +- h ml=1 ml=-1 Ausbreitungs- richtung linear polarisiertes Licht Drehimpuls gleichwahrscheinlich in oder gegen Ausbreitungsrichtung Ausbreitungs- richtung ml=0

8 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt

9 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
13.1. Der Normale Zeeman Effekt 13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt bisher: nur l, kein Spin B-Feld Achse Beispiel: j=3/2 j=1+1/2 = 3/2 l s B-Feld Achse mj=+3/2 mj=+1/2 mj=-1/2 mj=-3/2

10 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

11 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
l und ml antiparallel und proportional l gj hängt von der Zusammensetzung in l, s ab s j l ml ms mj

12 13.1. Der Normale Zeeman Effekt 13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt
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 ( ) Doktorand bei Paschen Friedrich Louis Carl Heinrich Paschen ( ) Doktorarbeit: 'Zur Prestonschen Regel‘ heute: Paschen-Back-Effekt Frage: Was passiert, wenn man das Magnetfeld soweit erhöht, dass es stärker wird als das „interne“ Magnetfeld aufgrund des Bahndrehimpulses?

13 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
kein B-Feld schwaches B-Feld starkes B-Feld ml ms /2 /2 /2 /2 wegen gs=2 fast gleich /2 /2 /2

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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 l s j l l,s koppel zu j B Kopplung der magnetischen Momente aneinander wichtiger als ans B Feld

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Zwischenbereich: schwierig Nichtlinear

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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 Kern s l j

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13.5. Kernspinresonanz Beispiel: Proton 1Tesla 42MHz = 10-7eV Kern Zeemanniveaus thermisch FAST statistisch besetzt (1 Tesla nur 10-6 Besetzungunterschied)

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13.5. Kernspinresonanz Anwendung: z.B. Magnetfeldmessung magnetische Moment des Protons sehr gut bekannt Magnetfeldmessung relativ auf 10-8

19 13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
13.5. Kernspinresonanz Anwendung: Chemie Die Bindungen verändern die Abschirmung des angelegten stationären B Feldes und damit die Resonanznergie

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13.5. Kernspinresonanz Anwendung: Medizin Ortsaufgelöste NMR Ortsabhängiges Magnetfeld