Efeito Zeeman: diferenças entre revisões
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O '''efeito Zeeman''' é o desdobramento das [[Raia espectral|raias espectrais]] de um [[Espectro (física)|espectro]] em resposta à aplicação de um [[
== Histórico ==
▲O '''efeito Zeeman''' é o desdobramento das [[Raia espectral|raias espectrais]] de um [[Espectro (física)|espectro]] em resposta à aplicação de um [[Equações de Maxwell|campo magnético]] '''B''' à amostra.
[[File:Zeemn effect demonstr.png|thumb|350px|Efeito Zeeman normal: das 15 transições possíveis entre os estados l = 2 e l = 1, separadas pelo [[campo magnético]], ocorrem apenas 9, correspondendo a ∆m = m<sub>i</sub> - m<sub>f</sub> -1, 0, 1, sob a forma de três linhas.]]▼
Em 1902, O [[Prêmio Nobel de Física]] foi concedido aos físicos
(1865-1943) e [[Hendrik Antoon Lorentz]] (1853-1928) por suas investigações sobre o efeito do ▼
magnetismo sobre a [[radiação eletromagnética]].▼
Em 1895, Lorentz publicou um trabalho ▼
intitulado Versuch einer Theorie der eletrischen und optichen Erscheinungen in bewegten ▼
kórpern , no qual apresentou a famosa
* Se a observação se fizer ao longo de uma direção paralela ao vetor de indução magnética '''B''', então a linha espectral original do espectro (na ausência de campo magnético) desdobrar-se-á em duas linhas.▼
Portanto,▼
O '''efeito Zeeman anormal''' ou '''efeito Zeeman anômalo''' em espectros na região [[Espectro eletromagnético|vísivel do espectro eletromagnético]] é o desdobramento de uma risca espectroscópica original em 2j + 1 raias diferentes, onde j é a projecção do vetor [[Quantidade de movimento angular|momento angular]] qüântico sobre o eixo de quantização. Ocorre em campos fracos. A separação entre as raias espectrais varia.▼
sendo isso verdade, Lorentz afirmou ainda que, se tais corpos fossem colocados em uma ▼
região contendo um campo magnético, aquelas oscilações deveriam sofrer alterações, ▼
provocando modificação no espectro luminoso, de tal modo que cada linha espectral emitida ▼
na ausência do campo magnético seria decomposta em três linhas por interferência desse ▼
referido campo. E mais ainda, continuou Lorentz com o seu raciocínio, quando a observação é ▼
feita na direção do [[campo magnético]], aparecerão apenas duas linhas polarizadas ▼
circularmente e em sentido inverso uma da outra; quando a observação é feita perpendicularmente ao campo, aparecerão três linhas, sendo a central polarizada linearmente à direção do campo (componente π), e as duas extremas, polarizadas também linearmente, porém perpendicularmente à direção do campo (componente σ); essa denominação deriva da palavra alemã senkrecht que significa perpendicular.<ref name=Bathista >{{Citar livro▼
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Em 1896, Zeeman publicou um trabalho na ''Verhandlungen der physikalischen Gesellschaft zu berlin'' 7 (p. 128), no qual confirmou experimentalmente as previsões que seu professor Lorentz fizera em 1895, da ação do campo magnético sobre as linhas espectrais. Em sua experiência, Zeeman usou uma bobina de Rühmkorff de corrente de 27 [[Ampère]]s e uma grade de difração de Rowland de 44.983 linha/polegadas. Com esse equipamento, observou que a linha D do [[sódio]] (Na) separava-se em três, quando uma amostra desse elemento químico era colocado na região de forte campo magnético. Este fenômeno ficou mundialmente conhecido como
== Efeito normal e anômalo ==
▲
▲O
Se o campo for muito intenso, sobrepujará o campo eletromagnético próprio do átomo e ocasionará o desdobramento das linhas em multipletos com separação constante. A esse efeito dá-se o nome de efeito ''Paschen-Back''.
==
Na maioria dos [[átomo]]s, existem muitas configurações que têm a mesma [[energia]], então estas transições entre diferentes pares de configurações correspondem a uma linha única. A presença de um campo magnético desfaz essa
Uma vez que a distância entre os sub-níveis de Zeeman é proporcional ao campo magnético, este efeito foi usado por astrônomos para medir o campo magnético do [[Sol]] e de outras
Também há um
▲A presença de um campo magnético desfaz essa degeneração, uma vez que interage de diferentes maneiras com os elétros de diferentes números quânticos, modificando ligeiramente suas energias. O resultado é que, onde houvera muitas configurações com a mesma energia, agora há energias diferentes, o que faz aparecer muitas linhas espectrais.
▲Uma vez que a distância entre os sub-níveis de Zeeman é proporcional ao campo magnético, este efeito foi usado por astrônomos para medir o campo magnético do Sol e outras estrelas.
▲Também há um '''efeito Zeeman anômalo''' que aparece nas transições onde a teia de spins dos elétros não é 0. Se chama anômalo porquê o spin não tinha sido descoberto e então não havia uma boa explicação para o fenômeno. Na verdade naquele momento procurava-se a comprovação de um momento angular do átomo e o que estava sendo representado pelo experimento era o spin eletrônico.
Se a intensidade do campo magnético é muito grande, o efeito não é mais linear, este efeito é chamado [[efeito Paschen-Back]].
==A
[[File:Efeito zeeman normal - larmor.png|thumb|250px|A precessão do
Consideremos o efeito de um campo magnético fraco em um electrão em
movimento circular numa órbita planar.
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A velocidade angular <math>\omega_{L}</math> é chamada a [[freqüência de Larmor]].
Assim, o [[
Usando a [[relação de Planck]], a energia associada com a
<math>\Delta E = \pm\omega_{L}\hbar=\pm\frac{e\hbar B}{2m}=\pm\mu_{B}B</math> (Y)
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<math>E_{0}</math> e <math>E_{0}\pm\mu_{B}B</math>
Este
O efeito Zeeman é, na verdade, mais complexo do que foi apresentado no tratamento clássico. O [[spin]] do
Assim, quando um campo magnético é aplicado os momentos angulares orbital e de spin realizarão movimento de precessão.
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As separações do nível energético resultantes não podem ser explicadas classicamente e assim requerem um tratamento de mecânico quântico. Como consequência deste comportamento inexplicável, o efeito Zeeman mais geral, incluindo spin foi historicamente designado erradamente como o efeito Zeeman anómalo.
== Hamiltoniano ==
O [[hamiltoniano]] total de um átomo em um campo magnético é:
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<math>\vec{\mu_{\alpha}} \cdot \vec{B} = \frac{\mu_{B}}{\hbar}(g_L \vec{L} + g_S \vec{S}) \cdot \vec{B}</math>
é a energia devida ao momento magnético μ do α-ésimo elétron. Ele pode ser escrito como somatório das contribuições do momento orbital angular e do momento angular de spin, com cada um multiplicado pelo
<math>H = H_0 + \xi(r) \vec{L}\cdot \vec{S} + \mu_B (g_L L_z+ g_s S_z) B_z
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onde a aproximação resulta do fator g como <math>g_L=1</math> and <math>g_S \approx 2</math>. O somatório sobre os elétrons foi omitido. Aqui, <math>J_z=L_z+S_z</math> é o momento angular total, e a junção LS foi agrupada em <math>H_0</math>.
O tamanho do termo interação ''H'' ' não é sempre pequeno, e pode induzir grandes efeitos no sistema. No efeito Paschen-Back, ''H'' ' não pode ser tratado como uma perturbação, já que sua magnitude é comparável (ou até maior) que o sistema <math>H_{at}</math>. O termo ''H'' ' não comuta com <math>H_{at}</math>. Em particular, <math>S_z</math> não comuta com a [[interação spin-órbita]] em <math>H_{at}</math>.
== O
[[File:Factor lande no efeito zeeman.png|thumb|
As contribuições orbital e de spin para o momento magnético são dadas por
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|}
Definimos o
<math>g=1+\frac{j(j+1)+s(s+1)-l(l+1)}{2j(j+1)}</math> (Z)
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<math>|\mu_{j}|=g.\mu_{B}\sqrt{j.(j+1)}</math>
Para spin zero, a equação (Z) reduz-se ao caso clássico de g = 1 e para l = 0, g = 2. Agora estamos em uma posição para incluir o denominado
O momento magnético correspondente ao longo da direção do campo, considerado como a direcção do eixo z, será então
Linha 178 ⟶ 206:
No caso de clássico, g = 1, mas na Equação acima, g depende dos números quânticos l, s e j.
Num campo magnético
Assim, o denominado efeito Zeeman "anómalo" é o que normalmente seria de esperar
Linha 188 ⟶ 216:
No entanto, nos átomos em que os [[spin]] são combinados para que o spin total seja zero, o valor de g para todos os estados espectroscópicos é o valor clássico e apenas três linhas espectrais são observadas.
==Ver
* [[Interação spin-órbita]]▼
▲[[File:Zeemn effect demonstr.png|thumb|350px|Efeito Zeeman normal: das 15 transições possíveis entre os estados l = 2 e l = 1, separadas pelo [[campo magnético]], ocorrem apenas 9, correspondendo a ∆m = m<sub>i</sub> - m<sub>f</sub> -1, 0, 1, sob a forma de três linhas.]]
▲Em 1902, O [[Prêmio Nobel de Física]] foi concedido aos físicos holandês [[Pieter Zeeman]]
▲(1865-1943) e [[Hendrik Antoon Lorentz]] (1853-1928) por suas investigações sobre o efeito do
▲magnetismo sobre a [[radiação eletromagnética]].
▲Em 1895, Lorentz publicou um trabalho
▲intitulado Versuch einer Theorie der eletrischen und optichen Erscheinungen in bewegten
▲kórpern , no qual apresentou a famosa '''teoria das partículas carregadas''' , denominadas por ele de [[íons]], com o qual afirmou que são as oscilações dessas “partículas” constituintes dos corpos ponderáveis as responsáveis pela emissão do espectro luminoso de alguns deles.
▲Portanto,
▲sendo isso verdade, Lorentz afirmou ainda que, se tais corpos fossem colocados em uma
▲região contendo um campo magnético, aquelas oscilações deveriam sofrer alterações,
▲provocando modificação no espectro luminoso, de tal modo que cada linha espectral emitida
▲na ausência do campo magnético seria decomposta em três linhas por interferência desse
▲referido campo. E mais ainda, continuou Lorentz com o seu raciocínio, quando a observação é
▲feita na direção do [[campo magnético]], aparecerão apenas duas linhas polarizadas
▲circularmente e em sentido inverso uma da outra; quando a observação é feita perpendicularmente ao campo, aparecerão três linhas, sendo a central polarizada linearmente à direção do campo (componente π), e as duas extremas, polarizadas também linearmente, porém perpendicularmente à direção do campo (componente σ); essa denominação deriva da palavra alemã senkrecht que significa perpendicular.<ref name=Bathista >{{Citar livro
▲|nome=André Luis Bonfim Bathista e Silva
▲|sobrenome=Bathista|editor=André Luis Bonfim .Bathista e Silva
▲|url=http://www.livrosgratis.com.br/arquivos_livros/ea000238.pdf
▲|título=Elementos Históricos de Ressonância Magnética Nuclear
▲|subtítulo= Ressonância Magnética Nuclear
▲|edição=1
▲|local=Instituto de Física de São Carlos
▲|ano=2013
▲|páginas=48
▲|volume=1}}</ref>
▲Em 1896, Zeeman publicou um trabalho na Verhandlungen der physikalischen Gesellschaft zu berlin 7 (p. 128), no qual confirmou experimentalmente as previsões que seu professor Lorentz fizera em 1895, da ação do campo magnético sobre as linhas espectrais. Em sua experiência, Zeeman usou uma bobina de Rühmkorff de corrente de 27 [[Ampère]]s e uma grade de difração de Rowland de 44.983 linha/polegadas. Com esse equipamento, observou que a linha D do [[sódio]] (Na) separava-se em três, quando uma amostra desse elemento químico era colocado na região de forte campo magnético. Este fenômeno ficou mundialmente conhecido como '''efeito Zeeman normal'''.
▲[[Interação spin-órbita]]
{{referências}}
[[Categoria:Efeitos físicos|Zeeman]]
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