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13. Atome in äusseren Magnetfeldern der Zeemaneffekt
13.1. Der Normale Zeeman Effekt13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt13.3. Paschen Back Effekt (1912)13.4. Zeeman Effekt der Hyperfeinstruktur13.5. Kern Spin Resonanz
13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
Experiment:Betrachte die Änderungder Spektrallinien in einemmagnetischen Feld
13.1. Der normale Zeeman Effekt
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
13.1. Der normale Zeeman Effekt
Beobachtung:Mit Äusserem Magnetfeldsieht man 3 Linien statt 1
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der ZeemaneffektDrehimpuls l
r
Warum 3 nicht 5 Linien????
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
Warum 3 nicht 5 Linien????
1) Äquidistant
2) nur ml=0, § 1
ml=-2 Verboten(Drehimpulserhaltung)
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
Drehimpuls wird vom Photonaufgenommen:
1) l=1 (im Bild immer erfüllt)2) ml =
Richtung desPhotonendrehimpulseszum Magnetfeld
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
zirkularpolarisiertes Licht
Photonendrehimpuls +- h
linear polarisiertes Licht
Drehimpuls gleichwahrscheinlichin oder gegen Ausbreitungsrichtung
Ausbreitungs-richtung
ml=1ml=-1
Ausbreitungs-richtung
ml=0
Wiederholung: Photonendrehimpuls
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
m=-1 m=0 m=+1
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
13.1. Der Normale Zeeman Effekt13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt
bisher: nur l, kein Spin
j=1+1/2 = 3/2
l
s
B-FeldAchse
B-FeldAchse
Beispiel: j=3/2
mj=+3/2
mj=+1/2
mj=-1/2
mj=-3/2
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der ZeemaneffektWas ändert sich wenn der Gesamtdrehimpuls j nicht nur aus Bahndrehimpulses l besteht? Ist es nicht egal ob l oder j?
Abstände sind unterschiedlich
Aber: j ist komplizierter
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
l und l antiparallel und proportional
l
gj
hängt von der Zusammensetzun
gin l, s ab
j
l
s
l
s
j
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
13.1. Der Normale Zeeman Effekt13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt13.3. Paschen Back Effekt (1912)
Friedrich Louis Carl Heinrich Paschen (1865 - 1947)
Doktorarbeit:'Zur Prestonschen Regel‘heute:Paschen-Back-Effekt
Ernst Emil Alexander Back (1881 - 1959)Doktorand bei Paschen
Frage: Was passiert, wenn man das Magnetfeld soweit erhöht, dass es stärker wirdals das „interne“ Magnetfeldaufgrund des Bahndrehimpulses?
hier
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
kein B-Feld schwaches B-Feld starkes B-Feldml ms
+1 +1/2 0 +1/2-1 +1/2+1 -1/2
wegengs=2
fast gleich
0 -1/2-1 -1/2
0 +1/2
0 -1/2
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der ZeemaneffektÄußeres B Feldschwächer als B Feld von l“Anomaler Zeeman”
Drehimpuls l
r
j
l
l,s koppel zu j
Kopplung der magnetischen Momenteaneinander wichtigerals ans B Feld
B
Äußeres B Feldviel stärker als B Feld von l“Paschen Back”
l und skoppel einzelnans B Feldj nicht konstant
l
s
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der ZeemaneffektZwischenbereich:schwierigNichtlinear
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt13.1. Der Normale Zeeman Effekt13.2 Der “anormale” Zeeman Effekt13.3. Paschen Back Effekt (1912)13.4. Zeeman Effekt der Hyperfeinstruktur
Hyperfeinohne B Feld
SchwachesB-Feld
Stärkeres B-Feld
BrichtKopplungvon j und I zu Fauf
Kerns
lj
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
13.5. Kernspinresonanz
Beispiel:
Proton 1Tesla42MHz = 10-7eV
Kern Zeemanniveausthermisch FASTstatistisch besetzt(1 Tesla nur 10-6 Besetzungunterschied)
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
13.5. Kernspinresonanz
Anwendung: z.B. Magnetfeldmessung
magnetische Moment desProtons sehr gut bekannt
Magnetfeldmessung relativ auf 10-8
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
13.5. Kernspinresonanz
Anwendung: Chemie
Die Bindungenverändern die Abschirmungdes angelegten stationärenB Feldes und damitdie Resonanznergie
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13. Atome in äusseren Magnetfeldern: der Zeemaneffekt
13.5. Kernspinresonanz
Anwendung: Medizin
Ortsaufgelöste NMR
Ortsabhängiges Magnetfeld