Experimentul Stern Gerlach cuantica - Devierea unui fascicul de atomi printr-un camp magnetic variabil

Trimis la data: 2012-01-09 Materia: Fizica Nivel: Liceu Pagini: 5 Nota: / 10 Downloads: 21
Autor: Dya_raissa Dimensiune: 88kb Voturi: Tipul fisierelor: doc Acorda si tu o nota acestui referat: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
vezi mai multe detalii vezi mai putine detalii
Raporteaza o eroare
Dispozitivul experimental constă într-o sursă de atomi de argint în stare fundamentală, un sistem electromagnetic ce creează un câmp magnetic puternic variabil, şi un ecran sensibil, pe care se înregistrează incidenţele atomilor de argint (Fig. 1). Se poate observa, în urma experimentului, că fasciculul de particule nu rămâne coerent, ci se scindează în două subfascicule. Problema nu a putut fi explicată prin teoria clasică, ci au trebuit introduse noţiuni noi, cum ar fi spinul electronic, momentul magnetic de spin, interacţiunea spin-orbită. În cele ce urmează este prezentată explicaţia acestui fenomen şi un calcul teoretic al devierii pe verticală a fasciculului.
Considerente teoretice.

Considerente teoretice.
Momentul cinetic în mecanica cuantică.
Corectarea cuantificării date de Niels Bohr momentului cinetic, , a fost adusă mai târziu, fundamentată de Schrödinger şi Heisenberg. Cuantificarea oricărui moment cinetic din mecanica cuantică se face după o regulă simplă: , unde l este numărul cuantic corespunzător.
Încă o regulă dată de mecanica cuantică este cea a cuantificării unui moment cinetic rezultant. Dacă avem două momente cinetice şi , care se cuantifică după regulile , respectiv , atunci momentul cinetic rezultant, se cuantifică după regula , unde .

Momentul cinetic orbital, numărul cuantic orbital, momentul magnetic orbital, numărul cuantic magnetic. Momentul cinetic orbital se cuantifică după regula cunoscută, , unde . De asemenea, se cuantifică şi proiecţia acestui moment cinetic pe o axă preferenţială (de exemplu – a unui câmp magnetic), prin formula , unde ml este numărul cuantic magnetic, .

Corespunzător momentului cinetic orbital este un moment magnetic orbital, dat de formula binecunoscută, . Dacă introducem atomul într-un câmp magnetic va apărea o energie de interacţiune magnetică, dată de formula . Dar , şi avem , unde se numeşte magneton Bohr.
Momentul cinetic de spin, numărul cuantic de spin, momentul magnetic de spin, numărul cuantic magnetic de spin.

Spinul electronic a fost introdus fără suport intuitiv, pentru că s-a demonstrat că electronul nu poate avea o mişcare efectivă de rotaţie în jurul axei proprii. Spinul electronic trebuie privit ca o proprietate intrinsecă a electronului, ca şi momentul cinetic (se observă din cuantificare că momentul cinetic poate fi şi nul, ceea ce contrazice firescul).

Momentul cinetic de spin se cuantifică identic cu celelalte momente cinetice: . În cuantificare, s este numărul cuantic de spin. S-a arătat că acesta nu poate lua decât valoarea . De asemenea, proiecţia acestui moment cinetic pe o axă preferenţială se cuantifică: , unde ms se numeşte număr cuantic magnetic de spin şi ia două valori: .
Corespunzător momentului cinetic de spin apare un moment magnetic de spin. Apare însă o anomalie faţă de momentul magnetic orbital, factorul de proporţionalitate se schimbă: , nu cum ne-am fi aşteptat. Proiecţia momentului magnetic de spin pe o direcţie preferenţială se cuantifică de asemenea: .

Interacţiunea spin-orbită. Momentul cinetic total. Momentul magnetic total. Momentul magnetic efectiv.
S-a introdus interacţiunea spin-orbită ca o orientare a în câmpul magnetic produs de mişcarea orbitală ( ). Energia electronului în atom depinde nu doar de mişcarea în jurul nucleului, ci şi de spin.
Momentul cinetic total al atomului este . Acesta se cuantifică după regula cunoscută: , unde , deoarece . De asemenea vom avea un moment magnetic total . Interacţiunea dintre aceste momente cinetice se manifestă sub forma unei precesii a cuplului spin-orbită ( ), dar şi a unei precesii a lui în jurul unei axe preferenţiale.

Componenta este cuantificată după regula , unde .
Se mai observă că, datorită anomaliei ce a apărut la proporţionalitatea dintre momentul cinetic şi cel magnetic de spin, direcţia lui nu corespunde direcţiei lui . Datorită precesiei, şi vectorii şi , deci şi vor efectua o precesie în jurul direcţiei lui . Aceasta ne permite să introducem un moment magnetic efectiv al atomului, obţinut prin mediere pe mai multe perioade a vectorului . Notăm acest moment magnetic efectiv cu (figura 2). Acest moment magnetic efectiv poate fi calculat. Observăm că:

. Cosinusurile respective le vom obţine din teorema cosinusului aplicată în triunghiul respectiv al momentelor cinetice:
, respectiv . Vom folosi următoarele identităţi:
, . Acum putem scrie:
, sau, după simplificări şi aducerea la acelaşi numitor:
. Acum folosim faptul că şi pentru celelalte momente cinetice analog, deci vom avea expresia lui doar în funcţie de numerele cuantice respective:

  • pag. 1
  • pag. 2
  • pag. 3
  • pag. 4
  • pag. 5

Nota explicativa
Referatele si lucrarile oferite de Referate.ro au scop educativ si orientativ pentru cercetare academica.

Iti recomandam ca referatele pe care le downloadezi de pe site sa le utilizezi doar ca sursa de inspiratie sau ca resurse educationale pentru conceperea unui referat nou, propriu si original.

Referat.ro te invata cum sa faci o lucrare de nota 10!
Linkuri utile
Programeaza-te online la salonul favorit Descarca gratuit aplicatiile pentru iOS si Android Filmulete haioase Filme, poante si cele mai tari faze Jocuri Cele mai tari jocuri de pe net Referate scoala Resurse, lucrari, referate materiale pentru lucrari de nota 10
Toate imaginile, textele sau alte materiale prezentate pe site sunt proprietatea referat.ro fiind interzisa reproducerea integrala sau partiala a continutului acestui site pe alte siteuri sau in orice alta forma fara acordul scris al referat.ro. Va rugam sa consultati Termenii si conditiile de utilizare a site-ului. Informati-va despre Politica de confidentialitate. Daca aveti intrebari sau sugestii care pot ajuta la dezvoltarea site-ului va rugam sa ne scrieti la adresa webmaster@referat.ro.
Confidentialitatea ta este importanta pentru noi

Referat.ro utilizeaza fisiere de tip cookie pentru a personaliza si imbunatati experienta ta pe Website-ul nostru. Te informam ca ne-am actualizat politica de confidentialitate pentru a integra cele mai recente modificari privind protectia persoanelor fizice in ceea ce priveste prelucrarea datelor cu caracter personal. Inainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru te rugam sa aloci timpul necesar pentru a citi si intelege continutul Politicii de Cookie. Prin continuarea navigarii pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizarii fisierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Nu uita totusi ca poti modifica in orice moment setarile acestor fisiere cookie urmarind instructiunile din Politica de Cookie.


Politica de Cookie
Am inteles