Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 137
Текст из файла (страница 137)
В действительности же. однако, врагцение в ферромагнитных материалах растет пропорционально намагничению, а не напряженности поля. Знак вращения условно считают для наблюдателя, смотрящего вдоль магнитного поля. Для громадного большинства веществ вращение происходит вправо, т.е. в ту же сторону, в какую навиты витки электромагнита. Такие вещества называются положительными.
Встречаются, однако, и вещества, вращающие в противоположную сторону (отрицательньсе). Все отрицательные вещества содержат парамагнитные атомы. Однако многие парамагнитные тела и. сверх того, все диамагнитные характеризуются положительным вращением. Направление вращения для каждого тела связано с направлением магнитного поля и не зависит от направления, распространения, све; та в отлич|ле от естественного вращения, имеюгцего разные направления в зависллмости от того, смотрим ли мы вдоль или навстречу пучку света. При естественном вращении основная причина, обусловливающая явление. состоллт в действшл поля световой волны; поэтому симметрия картины зависит от расположения ее векторов Е и Н, т.е.
от направления света. В случае магнитного вращения плоскости люляризации основная причина лежит в действии магнитного поля. так что направление вращения задается направлением внешнего поля и не зависит от направления света. Независимость направления вращения от направления света дала Фарадею возможность применить остроумный прием для усиления эффекта. При данном расстоянии между полюсами магнита увеличение длины пути д света в веществе достллгается многократным отражением (рис.
30.10), для чего внутренние поверхности образца серебрятся (за исРис 30 10 Уд. инение пути ключением мест вхоДа и выхоца света), Магнитное вращение, так же, как и естественное, зависит от длины волнитном поле ны и несколько изменяется с темпеРа- турой. Зависимость постоянной Верде от длины волны (дллсперсия) можно приближенно определить законом, аналогичным закону Био: (169.2) ГЛ. ХХХЕ ЯВЛЕНИЕ ЗЕЕМАНА Явление Фарадея стоит в непосредственной связи с эффектом Зеемана. Поэтому мы откладываем его теоретическое истолкование до следующей главы.
Г л а в а ХХХ1 ЯВЛЕНИЕ ЗЮЕМАНА $ 170. Сущность явления Зеемана Установив в опытах над магнитным вращением плоскости поляризации света связь между магнитными и оптическими явлениями, Фарадей предпринял также попытку воздействовать магнитным полем на спектральные линии. Один из последних его опытов (1862 г.) состоял в наблюдении спектра паров натрия, помещенных между полюсами электромагнита, при включении и выключении поля. Отсутствие какого бы то ни было эффекта объясняется. как мы уже знаем, недостаточностью технических средств, которыми располагал Фарадей (малая разрешающая способность спектрального аппарата при слабых магнитных полях, применявшихся им).
Лишь позже, ровно через полстолетия после первого магнитооптического открытия Фарадея, Зееману (1896 г.) удалось обнаружить слабое изменение частоты спектральных линий под действием внешнего магнитного поля. В принципе расположение Зеемана соответствовало последней установке Фарадея. В дальнейших опытах, однако, было осуществлено важное дополнение: Зееман, кроме наблюдения за изменением частоты спектральных линий, обратил также Рис. 31.1. Схема наблюдения явления Зеемана внимание на характер поляризации этих линий в соответствии с указаниями Лорентца, развивавшего одновременно электронную теорию оптических явлений.
Схема расположения опытов Зеемана и основные результаты для простейшего случая, который удалось осуществить для очень узкой зелено-голубой линии кадмия, сводятся к следующему. Между 566 МОЛЕКУЛЯ1'ПАЯ ОПТИКА света (линза Ь, анализатор Х и пластинка в 1/4 волны). Поляризатором света служит само магнитное поле. Для наблюдения более сложных типов спектральных линий приходится прибегать к более сильным магнитным полям (около 40000 Э) и более мощным спектральным аппаратам (разреп1ающая сила около 300000— 400000). Магнит должен обеспечивать хорошее постоянство магнитного поля во времени и температура должна поддерживаться достаточно постоянной с тем, чтобы можно было использо- У вЂ” АУ вать спектральный аппарат большой разрешающей силы.
результаты, получаемые для простых спектральных линий, например некоторых линий Н, Хп, Сй, сводятся к следующему. Линия, имею1цая в отсутствие магнитного поля частоту и, в магнитном поле представляется при продоль- о к о У вЂ” АУ У -1- АЪ р 312 С е а ном наблюдении в виде дублета с частотами ображение ~ ~1 и 1' + ~1'~ при 1ем пеРваЯ линиЯ полЯ- простого(нор ально- Ризована по левомУ кРУгУ, втоРаЯ вЂ” по пРао) ффекта атее а вомУ; пРи попеРечном наблюдении полУчаетсЯ на. ц в отс тствие триплет с 1астотами Р + ЬР~ 1' и Р— ~ ~Р) приполя л ния не поля- чем кРайние линии полЯРизованы так, что колебания в них перпендикулярны направлению начичии почя попе- магнитного полЯ (1т-компоненты), а полЯРизаффе . ция средней линии соответствует колебаниям при наличии поля вдоль магнитного поля (~г-компонента).
Величи,й . фф на смешения Ьи пропорциональна напряженности магнитного поля. Наконец, по интенсивности 11-компонента в два раза сильнее, чем каждая из о.-компонент, равных между собой; циркулярно-поляризованные компоненты при продольном эффекте по интенсивности совпадают с л.-компонентой при поперечном. Указанное распределение интенсивностей показывает, что при переходе к полю нулевой напряженности расщепление исчезает, а излучение атома по любому направлению одинаково по интенсивности, как и должно быть. Схематическое изображение спектральной картины приведено на рис.
31.2, причем высота линий показывает в линейном масштабе интенсивность спектральных линий. полюсами сильного электромагнита (рис. 31.1), способного обеспечить однородное поле в 10000-15 000 Э, располагается источник линейчатого спектра, например гейслерова трубка или вакууъ1ная дуга. Сердечник электромагнита просверлен, чтобы обеспечить наблюдения не только поперек магнитного поля (поперечный эффект), но и вдоль него (продольный эффект). Свет посылается в спектральный аппарат Бр болыпой разрешающей силы (около 100 000), например дифракционную решетку или интерференционный спектроскоп.
На пути луча помещаются приспособления, позволяю1цие ана- У лизировать характер поляризации излучаемого ГЛ. ХХХЬ ЯВЛЕНИЕ ЗЕЕМАНА $ 171. Элементарная теории явления Зеемана Основы теории явленлля Зеемана разработал Лорентц, бывший в курсе исследований Зеемана и влиявпплй на ллх направление, Теория дисперсии в том виде, в каком она следовала из электронных представленллй Лорентца, позволяла предполагать, что оптические процессы в атоме обусловлены движением электронов.
Излученлле монохроматллческого света следует при этом рассматривать как результат двтлжения электрона по простому гархлонллческому закону, т.е. под действллем квазллупругой силы, а изменение излучения под влиянием магнитного поля — как следствие изменения движения электрона добавочной силой, с которой магнитное поле воздействует на движущийся заряд. Эта добавочная сила (лорентцова сила) выражается в вллде Г = еиНвш (и, Н) (171.1) (е — величина заряда, и — его скорость, Н вЂ” напряженность магнит- ного поля) и направлена вдоль линии, перпендикулярной к плоскости (и, Н), в ту или иную сторону в зависимости от знака е и соотношения направлений и и Н (все величины даны в системе СГСМ).
Для простоты и наглядности расчета разложим колебательное движение электрона в отсутствие поля на следующие компоненты, на которые, как легко видеть, можно разложить гармоническое ко- лебание любого направления. Одной из этих компонент пусть будет гармоническое колебание вдоль направления поля, а двумя другими— круговые равномерные движения, правое и левое, в плоскости, пер- пендикулярной к этому направлению.
Действие магнитного поля ф' на первую компоненту равно О, ибо ь)п (г, Н) = О. Действие же поля на круговые компоненты сведется к добавочной силе ф' :Е егН, направленной вдоль радиуса (круговой траектории) к центру или в противоположную сторону, в зависимостлл от знака заряда и соотношения направления магнитного поля и скоростлл двллжения (рис. 31.3, отрицательный зарцд). Таким образом, колебательное движение вдоль поля Рис. 31.3. К элементарной теории остается неизменным и продол- эффекта Зеемана жает происходить с первоначальной частотой и. Движение же по кругам под действием поля приобре- тает ббльшую (и+Ли) или меньшую (и — Ьи) частоту в завллсимости от того, увеличивает ли потле центростремительную силу, действуюшую на заряд (рис.
31.3 и), или уменьшает ее (рис. 31.3 б). В соответствии с этим и излучение заряда, выполняющего такое усложненное движение, становллтся более сложным: его можно пред- ставллть как совокупность трех монохроматических излучений раз.тплч- Магнитное поле направлено за чертеж 0 б 568 МОЛЕКУЛЯЬЧЛАЯ ОПТИКА (171.2) (171.3) Действие поля сводится к добавочной силе, действующей вдоль радиуса, т.е.
к изменению центростремительной силы и, следовательно, частоты обращения: для левого круга Ьт — еихН = таРт, для правого круга Ьт + ецлН = т~ ~,лт. (171.4) Так как их —— вахт и ил = ю,лт, то уравнения примут вид ти1 2 2 ты,л + с~ох Н вЂ” Ь = О, — ес~,л Н -- Ь = О, (171.5) откуда — — Н с — +— 1 е Ь 1 е Е1~ 2 т2 1 Ь 1 е~Н ыл= — — Н~ — +— 2 т т 4 т1 (171.6) ной частоты (и — Ьи, и, и+Ли), которые можно разделить при помощи соответствующего спектрального аппарата. В направлении, перпендллкулярном к магнллтному полю, спектральный аппарат обнаружит первоначальную частоту л „соответствукпцую колебанию заряда параллельно магнитному полю.
т.е. излучение, представляющее собой лт-компоненту; два других излучения с частотами и + Ьи, и — Ьи соответствуют колебанию зарядов перпендикулярно к магнитному полю (о-компоненты). Таково объяснение наблюденного Зееманом нормального триплета в поперечном зффекте. В направлении вдоль магнитного поля компонента с и излучаться не будет вследствие поперечностлл световых волн, две другие компоненты с и + Ьи и и — Ьи представятся в виде циркулярно- поляризованного света правого и левого вращения. При зтом в случае отрицательного знака заряда е левая поляризация обнаружллвается у линии уменьшенной частоты (краснал компонента) (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
