O Efeito Zeeman • As linhas espectrais de um átomo se desdobram em várias componentes na presença de um campo magnético. – Este efeito é a evidência experimental da quantização da orientação espacial do momento angular dos átomos em relação a um dado eixo. • • Pieter Zeeman Lz= ml ћ O caso mais simples é o desdobramento de uma linha espectral em três componentes; o “efeito Zeeman normal”. O Tripleto de Lorentz • Análise do desdobramento da linha espectral no vermelho do Cádmio. – O átomo Cd 48 (lâmpada espectral) possui configuração: (Kr36), 5s2, 4d10 – Apresenta a subcamada d (l = 2) fechada. • Na ausência de campo (B=0) – – • Uma única transição D P é possível. Tem energia definida pela linha espectral: 0 = 643,8 nm E0= 1,926 eV Na presença do campo (B>0) – – – – – A linha espectral se desdobra em três linhas, conhecido como “tripleto de Lorentz”. Isto ocorre porque o Cd representa um sistema singleto de spin total, S = 0. Assim os níveis se desdobram em (2l +1) componentes: Lz= mlћ ; (ml = 0, ±1, ±2 ...±l) As transições entre subníveis são permitidas desde que respeitem as regras de seleção: Δml= 0, ±1 No caso do Cd isto resulta em nove transições permitidas, porém apenas três energias distintas (três linhas espectrais), conforme esquema ao lado. E0= hc/λ0 energia da linha λ0 (B=0) Se desdobra em 3 linhas (B 0) Eσ±= E0 + ΔE energia das linhas σ em que: ΔE= μBB (Δml= ±1) Eπ= E0 energia da linha central π em que: ΔE= 0 (Δml= 0) O Tripleto de Lorentz B>0 B=0 ML 1D 2 L=2 S=0 +2 +1 0 -1 -2 o = 643,8 nm 1P +1 0 1 L=1 S=0 ML = -1 { 0 +1 { • B • + - + - { • -1 Grupo ML = –1: linha de luz polarizada a B. Grupo ML = 0: linha de luz polarizada // a B. Grupo ML = +1: + de luz também polarizada a B. O Efeito Zeeman no Laboratório • Montagem Experimental – – – – – – – Eletroímã de polos vazados Fonte p/eletroímã ( 10 A dc) Amperímetro Mesa giratória Fonte para lâmpada espectral Teslâmetro c/sensor axial Trilho c/elementos ópticos O Efeito Zeeman no Laboratório • Montagem óptica para observação e análise do desdobramento de linhas espectrais – Posicionamento (parênteses) dos elementos representados dado em cm. Na nova montagem a tela com escala é retirada e uma câmera (C) é posicionada após a lente L3 para captura da imagem dos anéis de interferência. Interferômetro Fabry-Perot H • • • Feixe de luz incidente - quase paralelo. Duas superfícies parcialmente transmissoras. Para ângulo θ de incidência – feixes AB, CD, EF, ... são paralelos. Diferença de caminho entre feixes AB e CD: G E C L F K D • d= BC + CK, onde, BK CD. CK= BC.cos 2 ; e BC.cos = t d= BC.(1 + cos 2) = 2BC.cos2 = 2 t cos B A Condição de interferência: nλ= 2 t cos • (1) (2) – t (1) Produz um padrão de anéis de interferência, focalizados sobre uma tela com escala rn = f. tg n f n e raio dado por: (2) Medidas rn permitem calcular λ ΔE= B B • 1 r1 r2 2 f Anéis de interferência • Ordem dos anéis de interferência (B= 0) – Pela Eq. Básica do interferômetro (1) temos: n = n0 cos n (3); onde; n0= 2t/0 – Anel mais interno : menor n maior ordem n (cos maior) – – – Para cada anel de interferência – n deve ser inteiro. Contudo n0, em geral não é: n0= 9319,6645 (t= 3,00 mm) Corresponde à ordem de interferência no centro ( = 0). Se n1 é a ordem do 1º anel: n1= 9319 (pois n1 n0); e sucessivamente para n2, n3, ... = 9318, 9317, ... • Ordem dos anéis do tripleto de Lorentz (B > 0) – Se os anéis não se superpõem por uma ordem completa: n1σ+ = n1σ- = n1 (e igualmente para n2, n3, ...) – Contudo n0 é diferente para as linhas σ- e σ+ do tripleto: n0 • 2t n0 2t As linhas λ dependem do campo (B) aplicado. – Assim n0 também variam conforme os valores do campo. Anéis de interferência • Os raios dos anéis de ordem np – 100 Variação dos raios dos anéis de Interferência Campo B1= 505,3 mT A partir das equações (2) e (3) tem-se: 2f 2 2f 2 2 r n0 n p 2 f n p n0 n0 2 p 90 80 • 70 O ajuste linear permite: – Calibrar a distância f – E calcular: – para os anéis das linhas σ+ e σ- (No gráfico: aneis A e B) 2 2 R (mm ) 60 50 40 30 20 10 0 9315 anel A anel B • 9317 9318 Np 9321 9320 9319 - n0 + n0 2t Para diversos valores de campo – 9316 n0 Temos que : E - E = 2 μΒΒ 1 1 hc hc n0 n0 2 B B 2t – Valores precisos para ΔE e B podem ser obtidos. Medindo anéis com uma webCam • Captura da Imagem • Análise com software ImageJ Anéis de Fabry-Perrot Campo B= 0 225 200 Intensity (A.U.) 175 150 125 100 75 50 25 0 0 100 200 300 400 500 600 700 P (pixel) 800 900 1000 1100 1200