塞曼效應實驗裝置圖

Ⅰ 塞曼效應加磁場前後實驗現象有何不同

1896年荷蘭物理學家塞曼研究電磁場對光的影響,他把鈉光源置於強磁場中, 發現鈉光譜線出現了加寬現象, 即譜線發生了分裂。著名物理學家洛侖茲用經典電子理論對這種現象進行了解釋。他認為電子存在軌道磁矩,並且磁矩在空間的取向是量子化的,因此在磁場作用下能級發生了分裂,譜線分裂成間隔相等的三條譜線。用塞曼效應測出了電子的荷質比,與1897年湯姆遜測量陰極射線的結果相同。由於塞曼效應的發現,塞曼和洛侖茲分享1902年度的諾貝爾物理學獎。
塞曼效應實驗是近代物理實驗中一個著名的經典實驗,它不僅證實了原子具有磁矩和空間量子化,而且通過它能測定電子的荷質比,至今仍是研究原子能級結構的重要方法之一[1]。在塞曼效應實驗的教學中,因為塞曼效應理論在原子物理學的教學中已經涉及,實驗指導教師一般都比較注重學生實驗動手能力的培養,而對理論分析有所忽略。在本文中,我們對塞曼效應實驗中出現的一些實驗現象巧妙地利用理論公式進行了分析,注重了實驗和理論的有機結合。這樣不僅能提高學生探索實驗的興趣,而且能使學生更好地理解塞曼效應實驗的現象和本質。

Ⅱ 塞曼效應的實驗現象

對於Δm=+1，原子在磁場方向的角動量減少了一個，由於原子和光子的角動量之和守恆，光子具有與磁場方向相同的角動量，方向與電矢量旋轉方向構成右手螺旋，稱為σ+偏振，是左旋偏振光。反之，對於Δm=-1，原子在磁場方向的角動量增加了一個，光子具有與磁場方向相反的角動量，方向與電矢量旋轉方向構成左手螺旋，稱為σ-偏振，是右旋偏振光。對於Δm=0，原子在磁場方向的角動量不變，稱為π偏振。如果沿磁場方向觀察，只能觀察到σ+和σ-譜線的左旋偏振光和右旋偏振光，觀察不到π偏振的譜線。如果在垂直於磁場方向觀察，能夠觀察到原譜線分裂成3條：中間一條是π譜線，是線偏振光，偏振方向與磁場方向平行，σ+和σ-線分居兩側，同樣是線偏振光，偏振方向與磁場方向垂直。

Ⅲ 塞曼效應是什麼

1實驗簡介（Introction）

1.1塞曼效應的簡介

塞曼效應是屬於原子物理范疇的一個著名實驗，它是研究原子的光譜受磁場影響的一個基礎性實驗。

1.2塞曼效應的歷史意義

塞曼效應是物理學史上一個著名的實驗。荷蘭物理學家塞曼在1896年發現把產生光譜的光源置於足夠強的磁場中，磁場作用於發光體使光譜發生變化，一條譜線即會分裂成幾條偏振化的譜線，這種現象稱為塞曼效應。

塞曼效應是繼法拉第磁致旋光效應之後發現的又一個磁光效應。這個現象的發現是對光的電磁理論的有力支持，證實了原子具有磁矩和空間取向量子化，使人們對物質光譜、原子、分子結構有更多了解，特別是由於及時得到洛侖茲的理論解釋，更受到人們的重視，被譽為繼X射線之後物理學最重要的發現之一。

1902年，塞曼與洛侖茲因發現塞曼效應而共同獲得了諾貝爾物理學獎（以表彰他們研究磁場對光的效應所作的特殊貢獻）。

2實驗目的（Experimental purposes）

• 掌握法布里—珀羅標准具的原理和使用;

• 學習觀察低壓汞燈的譜線在磁場中塞曼分裂譜線,並測定它們的裂距和偏振態;

• 從譜線的塞曼裂距可確定原子能級的J值及相應的g值。如果原子遵從LS藕和，則可由g值判斷該能級的L和S值。

3實驗原理[1]（Experimental principles）

3.1原子的總磁矩與總角動量距的關系

塞曼效應的產生是由於原子的總磁矩（軌道磁矩和自旋磁矩）受外磁場作用的結果。在忽略核磁矩的情況下，原子中電子的軌道磁矩mL和自旋磁矩mS合成原子的總磁矩mJ，與電子的軌道角動量L，自旋角動量S合成總角動量J之間的關系，可用圖2來計算。

具體的可以看一下這個鏈接，裡面有詳細的

塞曼效應實驗的解答

Ⅳ 塞曼效應的原理

塞曼效應證實了原子具有磁距和空間取向量子化的現象，至今塞曼效應仍是研究能級結構的重要方法之一。正常塞曼效應可用經典理論給予很好的解釋；而反常塞曼效應卻不能用經典理論解釋，只有用量子理論才能得到滿意的解釋。
塞曼效應是物理學史上一個著名的實驗。荷蘭物理學家塞曼在1896年發現：把產生光譜的光源置於足夠強的磁場中，磁場作用於發光體使光譜由一條譜線分裂成幾條偏振化譜線的現象稱為塞曼效應。若一條譜線分裂成三條、裂距按波數計算正好等於一個洛侖茲單位（L0=eB/4πmc）的現象稱為正常塞曼效應；而分裂成更多條且裂距大於或小於一個洛侖茲單位的現象稱為反常塞曼效應。
塞曼效應的產生是原子磁矩和外加磁場作用的結果。根據原子理論，原子中的電子既作軌道運動又作自旋運動。原子的總軌道磁矩μL與總軌道角動量pL的關系為：
原子的總自旋磁矩μS與總自旋角動量PS的關系為：
其中：m為電子質量，L為軌道角動量量子數，S為自旋量子數，hbar為普朗克常數除以2π，即hbar=h/(2π)（hbar寫法是在小寫的h上半部分打一橫杠）。
原子的軌道角動量和自旋角動量合成為原子的總角動量pJ，原子的軌道磁矩和自旋磁矩合成為原子的總磁矩μ（見圖1）。由於μS/pS的值不同於μL/pL值，總磁矩矢量μ不在總角動量pJ的延長線上，而是繞pJ進動。由於總磁矩在垂直於pJ方向的分量μ┴與磁場的作用對時間的平均效果為零，所以只有平行於pJ的分量μJ是有效的。μJ稱為原子的有效磁矩，大小由下式確定：
其中，J為總角動量量子數，g為朗德因子。對於LS耦合，存在
當原子處在外磁場中的時候，在力矩N=μ×B的作用下，原子總角動量pJ和磁矩μJ繞磁矩方向進動（見圖2）。原子在磁場中的附加能量ΔE為：
其中，β為pJ與B的夾角。角動量在磁場中取向是量子化的，即：
其中，M為磁量子數。因此，
圖1 原子磁矩與角動量的矢量模型 圖2 μJ和pJ的進動
可見，附加能量不僅與外磁場B有關系，還與朗德因子g有關。磁量子數M共有2J+1個值，因此原子在外磁場中，原來的一個能級將分裂成2J+1個子能級。
未加磁場時，能級E2和E1之間的躍遷產生的光譜線頻率ν為：
(1)外加磁場時，分裂後的譜線頻率ν』為：
(2)分裂後的譜線與原來譜線的頻率差Δν』為：
(3)定義為洛侖茲單位。
用波數間距Δγ表示為：
(4)能級之間的躍遷必須滿足選擇定則，磁量子數M的選擇定則為ΔM=M2-M1=0, ±1；而且當J2=J1時，M2=0 à M1=0的躍遷除外。
當ΔM=0時，產生π線，沿垂直於磁場方向觀察時，π線為光振動方向平行於磁場的線偏振光，沿平行於磁場方向觀察時，光強度為零，觀察不到（見圖3）。
當ΔM=±1時，產生σ線，迎著磁場方向觀察時，σ線為圓偏振光，ΔM=+1時為左旋圓偏振光，ΔM=-1時為右旋圓偏振光。沿垂直於磁場方向觀察時，σ線為線偏振光，其電矢量與磁場垂直（見圖3）。
圖3 π線和σ線
只有自旋是單態，即總自旋為0譜線才表現出正常塞曼效應。非單態譜線在磁場中表現出反常塞曼效應，譜線分裂條數不一定是三條，間隔也不一定為一個洛侖茲單位。
例如鈉原子的589.6nm和589.0nm的譜線，在外磁場中的分裂就是反常塞曼效應。589.6nm的譜線為2P1/2態向2S1/2態躍遷產生的譜線。當外磁場不太強的時候，在外磁場作用之下，2S1/2態能級分裂成2個子能級，2P1/2態也分裂成2個子能級，但由於兩個態朗德因子不同，譜線分裂成4條，中間兩條為π線，外側兩條分別是σ+線與σ-線。589.0nm的譜線為2P3/2態向2S1/2態躍遷產生的，2P3/2態能級在外磁場不太強時分裂成4個子能級，因此589.6nm的譜線分裂成六條。中間兩條π線，外側兩邊各2條σ線。

Ⅳ 塞曼效應是怎樣的

塞曼(Pieter Zeeman)是荷蘭著名的實驗物理學家、「塞曼效應」的發現者，1865年5月25日出生於荷蘭澤蘭省斯科威島的小村莊宗內邁爾—名路德教教長的家裡。

1896年8月，塞曼在用半徑為10英寸(1英寸=2.54厘米)的凹形羅蘭光柵觀察強磁場中鈉火焰的光譜時，發現在垂直於磁場方向黃色D線變寬。10月，他在平行於磁場方向同樣觀察到這種現象，另外，吸收光譜的情況與此類似。爾後塞曼使用了比鈉D線更細的由鎘產生的深綠譜線，加大了磁場(由幾千高斯到幾萬高斯)，提高了探測的精度，證實光譜線不是單純地增寬，而是如洛倫茲所預言的分裂為兩條或三條分線，且各分線是偏振的。這種光源在強磁場中譜線分裂成二、三條偏振化分線的現象，稱為「塞曼效應」。

「塞曼效應」是探索原子內部精細結構和各組成部分性質的有用工具。利用它可算出電子的磁矩，可算出原子的角動量從而確定原子的能級。它對泡利不相容原理的提出和電子自旋的發現均起過重大作用。它與量子力學原理完全符合，成為量子力學的重要實驗證明。它為研究電子順磁共振現象和原子核性質(核能態、核磁矩等)提供了一種有效的手段。「塞曼效應」還可用來測量等離子體的磁場，並可將它與用磁探針法測得的結果相比較。在天文學中，應用它來測量太陽和其他恆星表面的磁場。

為表彰塞曼和他的老師——經典電子論的創立者——洛倫茲在研究磁場對光的效應領域所做出的卓越貢獻，瑞典皇家科學院給他們頒發了1902年諾貝爾物理學獎。

Ⅵ 干擾效應及消除方法

原子吸收光譜法的主要干擾有物理干擾、化學干擾、電離干擾、光譜干擾和背景干擾等。

5.3.2.1 物理干擾

物理干擾是指試液與標准溶液物理性質之間有差異而產生的干擾。如黏度、表面張力或溶液的密度等的變化，影響樣品的霧化或氣溶膠到達火焰等引起原子吸收強度的變化而引起的干擾。為了消除物理干擾可採用配製與被測試樣組成相近的標准溶液或採用標准加入法的辦法。若試樣溶液的濃度高，還可採用稀釋法。

5.3.2.2 化學干擾

化學干擾是由於被測元素原子與共存組分發生化學反應生成穩定的化合物，因而影響被測元素的原子化而引起的干擾。消除化學干擾的方法有以下幾種。

(1)選擇合適的原子化方法

提高原子化溫度，減小化學干擾。使用高溫火焰或提高石墨爐原子化溫度，可使難離解的化合物分解。採用還原性強的火焰與石墨爐原子化法，可使難離解的氧化物還原、分解。

(2)加入釋放劑

釋放劑與干擾物質能生成比被測元素更穩定的化合物，使被測元素釋放出來。例如，磷酸根干擾鈣的測定，可在試液中加入鑭、鍶鹽，鑭、鍶與磷酸根首先生成比鈣更穩定的磷酸鹽，使得鈣被釋放出來。

(3)加入保護劑

保護劑可與被測元素生成易分解的或更穩定的配合物，防止被測元素與干擾組分生成難離解的化合物。保護劑一般是有機配合劑，如EDTA、8-羥基喹啉。

(4)加入基體改進劑

對於石墨爐原子化法，在試樣中加入基體改進劑，使其在乾燥或灰化階段與試樣發生化學變化，可以增加基體的揮發性或改變被測元素的揮發性，以消除干擾。

5.3.2.3 電離干擾

在高溫條件下，原子會電離，使基態原子數減少，吸光度下降，這種干擾稱為電離干擾。消除電離干擾的方法是加入過量的消電離劑。消電離劑是比被測元素電離電位低的元素，相同條件下消電離劑首先電離，產生大量的電子，抑制被測元素的電離。例如，測鈣時可加入過量的KCl溶液，以消除電離干擾，鈣的電離電位為6.1eV，鉀的電離電位為4.3 eV，由於鉀電離產生大量的電子，使得鈣離子得到電子而生成原子。

5.3.2.4 光譜干擾

共存元素吸收線與被測元素分析線波長很接近時，兩譜線重疊或部分重疊會使結果偏高。非吸收線可能是被測元素的其他共振線與非共振線，也可能是光源中雜質的譜線，一般通過減小狹縫寬度與燈電流或另選譜線消除非吸收線的干擾。

5.3.2.5 背景干擾

背景干擾也是一種光譜干擾。分子吸收與光散射是形成光譜背景的主要因素。

(1)分子吸收與光散射

分子吸收是指在原子化過程中生成的分子對輻射的吸收。分子吸收是帶狀光譜，會在一定的波長范圍內形成干擾。例如，鹼金屬鹵化物在紫外區有吸收；不同的無機酸會產生不同的影響，在波長小於250nm時，H₂SO₄和H₃PO₄有很強的吸收帶，而HNO₃和HCl的吸收帶很弱。因此，原子吸收光譜分析中多用HNO₃和HCl配製溶液。

光散射是指原子化過程中產生的微小的固體顆粒使光發生散射，導致透過光減小，吸收值增加。

(2)背景校正方法

A.鄰近非共振線背景校正法

背景吸收是寬頻吸收。分析線測量是原子吸收與背景吸收的總吸光度A_T，A_T在分析線鄰近選一條非共振線，非共振線不會產生共振吸收，此時測出的吸收為背景吸收A_B。兩次測量吸光度相減，所得吸光度值即為扣除背景後的原子吸收吸光度值A。

A_T=A+A_B

A=A_T-A_B=kc

本法適用於分析線附近背景吸收變化不大的情況，否則准確度較差。

B.連續光源背景校正法

目前原子吸收分光光度計上一般都配有連續光源自動扣除背景裝置。連續光源在紫外區用氘燈；在可見區用碘鎢燈、氙燈。

氘燈產生的連續光譜進入單色器狹縫，通常是原子吸收線寬度的100倍左右。氘燈對原子吸收的信號為空心陰極燈原子信號的0.5%。由此，可以認為氘燈測出的主要是背景吸收信號，空心陰極燈測的是原子吸收和背景信號，兩者相減得到原子吸收值。氘燈校正法已廣泛應用於原子吸收光譜儀器中，氘燈校正的波長和原子吸收波長相同，校正效果顯然比非共振線法好。

氘燈校正背景是商品化儀器最普遍使用的技術，為了提高背景扣除能力，從電路和光路設計上都做了許多改進，自動化程度越來越高。

此法的缺點在於氘燈是一種氣體放電燈，而空心陰極燈屬於空心陰極濺射放電燈。兩者放電性質不同，能量分布不同，光斑大小不同，再加上兩個燈的光斑不易完全重疊，急劇的原子化又引起石墨爐中原子和分子濃度在時間和空間上的分布不均勻，因而造成背景扣除的誤差。

C.塞曼效應背景校正法

1886年荷蘭物理學家塞曼發現光源在強磁場作用下產生光譜線分裂的現象，這種現象稱為塞曼效應。與磁場施加於光源產生的塞曼效應(稱正向塞曼效應)相同，當磁場施加在吸收池時，同樣可觀測到吸收線的磁致分裂，即逆向塞曼效應，亦稱吸收線塞曼效應。

塞曼效應按觀察光譜線的方向不同又分為橫向塞曼效應及縱向塞曼效應，垂直於磁場方向觀察的是橫向塞曼效應，平行於磁場方向觀察的是縱向塞曼效應。橫向塞曼效應得到三條具有線偏振的譜線，譜線的波數分別為ν-Δν、ν、ν+Δν，中間波數未變化的譜線，其電向量的振動方向平行於磁場方向，稱為π成分；其他兩條譜線的波數變化分別為-Δν及+Δν，其電向量的振動方向垂直於磁場方向，稱為σ^±成分。而縱向塞曼效應則觀察到波數分別為ν+Δν和ν-Δν的兩條圓偏振光，前者為順時針方向的圓偏振稱左旋偏振光，後者為反時針方向的圓偏振稱右旋偏振光，而中間頻率不變的π成分消失。

塞曼效應應用於原子吸收進行背景校正可有多種方法。可將磁場施加於光源，也可將磁場施加於原子化器；可利用橫向效應，也可利用縱向效應；可用恆定磁場，也可用交變磁場，交變磁場又分固定磁場強度和可變磁場強度。

由於條件限制，不是以上所有組合均可應用於原子吸收光譜儀。例如：縱向恆定磁場，由於沒有π成分而無法測量樣品的共振吸收；施加於光源的塞曼效應在前期的研究中做了大量的工作，但由於需要的特殊光源目前也不普及，只應用於某些專用裝置中。如塞曼測汞儀，因為汞燈可以製作得很小，能夠獲得較高的磁場強度。光源調制的另一個缺點是很難保證基線的長期穩定。目前商品化儀器應用較廣的多為施加於原子化器的塞曼效應背景校正裝置，主要有3種調制形式，分別為橫向恆定磁場、橫向交變磁場和縱向交變磁場。圖5.9為三種塞曼效應背景校正裝置的示意圖。

圖5.9 塞曼效應背景校正裝置

a—橫向恆定磁場；b—橫向交變磁場；c—縱向交變磁場

圖5.9a為橫向恆定磁場裝置，利用永久磁鐵產生強磁場，既可以應用於火焰原子化器，也可以應用於石墨爐原子化器。

圖5.9b為橫向交變磁場裝置，利用電磁鐵產生交變磁場。為產生高強度磁場，磁場尺寸一般製作得較小，因此在石墨爐原子化器應用較廣。橫向磁場施加於原子化器，當原子化器中有被測元素原子蒸氣時，其吸收線輪廓發生分裂(逆向塞曼效應)，產生π成分及σ^±成分。

利用光的矢量特性(只有偏振特性相同的光才能產生相互作用)，引入旋轉起偏器將光源發出的共振輻射變成線偏振光。假定磁場方向平行於紙面，當旋轉起偏器轉動到共振輻射偏振特性平行於紙面時，形成樣品光，測量分析原子吸收及背景吸收，因為原子吸收線的π成分的偏振特性與其相同，產生分析原子吸收；當旋轉起偏器轉動到共振輻射偏振特性垂直於紙面時，形成參考光，測量背景吸收，因為原子吸收線的σ^±成分與參考光的波長不同，不產生吸收，π成分的偏振特性與參考光不同，也不產生樣品吸收，而背景吸收通常是寬頻的，不產生塞曼分裂，對樣品及參考光束的吸收相同，兩個光束產生的吸光度相減即得凈分析原子吸收產生的吸光度，這是橫向塞曼效應校正背景的原理。

由於旋轉起偏器的加入，光源的光強至少減少50%，吸收線塞曼分裂的產生也對共振光的吸收減弱，因此這種背景校正裝置的主要不足之處就是靈敏度損失。

圖5.9c為縱向交變磁場裝置，由於縱向塞曼效應沒有π成分產生，也不需要旋轉起偏器，因此很好地解決了校正背景與靈敏度損失的矛盾。

為實施縱向塞曼效應，美國Perkin-Elmer公司對石墨爐體結構進行了改造，改縱向加熱石墨管為橫向加熱石墨管，改橫向磁場為縱向磁場，生產了4100ZL型橫向加熱縱向塞曼效應原子吸收光譜儀，並在其最新的Aanalyst800及SIMAA6100等儀器上推廣應用，取得了很好的效果。

背景校正裝置的一個主要缺點是比常規儀器的線性動態范圍小、靈敏度低。為克服線性動態范圍小的缺點，德國Jena公司開發了一種3磁場塞曼效應背景校正技術，可使測量的線性動態范圍擴充一個數量級。澳大利亞GBC科學儀器公司的Avanta UltraZ原子吸收分光光度計磁場強度為0.6～1.1 T(1T=1V·s·m^-2)，可以任意設定，對不同元素的不同背景干擾使用不同的磁場強度，可有效地提高儀器的靈敏度和測試精度。

Ⅶ 2. 塞曼效應 1). 什麼叫塞曼效應、正常塞曼效應、反常塞曼效應 2). 試畫出汞的435.8nm光譜線（3s1-3p1）

當發光的光源置於足夠強的外磁場中時，由於磁場的作用，使每條光譜線分裂成波長很靠近的幾條偏振化的譜線，分裂的條數隨能級的類別而不同，這種現象稱為塞曼效應。1、由於歷史原因，當光源置於外磁場中，其一條譜線分裂成三條譜線，稱為正常塞曼效應。出現此效應的有二種情況：外磁場雖然為弱磁場，原子體系的電子總自旋為零時（即電子的數目為偶數並形成獨態的原子），一條譜線只分裂成三條譜線；另一種是外磁場是強磁場，已足以破壞電子耦合，耦合可以忽略，電子磁矩和軌道磁矩分別單獨和外磁場作用，觀察到一條譜線分裂成三條譜線，稱為帕邢—巴克效應，其效果趨於正常塞曼效應。

2、外磁場為弱磁場，原子體系的電子總自旋不為零，一條譜線分裂成更多條，稱為反常塞曼效應。本實驗使用的汞綠光（，我們以式（1—5）及能級躍遷的選擇定則來分析此反常塞曼效應。

Ⅷ 請問塞曼效應詳細

所謂塞曼效應就是光源發射的譜線在一定強度的磁場中發生多重分裂的偏振分量的現象，塞曼調制方式主要有2種，一種是將磁場加與光源的，另一種是將磁場加於原子話器的，所謂的縱橫向塞曼調制主要是指所加磁場方向與輻射光方向的關系，當成平行時為縱向，當成垂直時為橫向，由於磁場又可以分為可變和固定的，有多種組合方式，因此扣背景方式也各有所不同。

塞曼效應
Zeeman effect

原子在磁場中能級和光譜發生分裂的現象。1896年D.塞曼發現原子在足夠強的磁場中光譜線發生分裂，在垂直磁場方向觀察到分裂為3條，裂距與磁場大小成正比。中間的譜線與不存在磁場時的波長相同，但它是線偏振光，振動方向與磁場平行；兩邊的兩條譜線是振動方向與磁場垂直的線偏振光。在平行磁場方向觀察，只能看到兩邊的兩條譜線，它們是圓偏振光(見光的偏振)。H.A.洛倫茲用經典電磁理論作了解釋。後來進一步研究發現許多原子的光譜線在磁場中分裂更為復雜。人們把塞曼原來發現的現象稱為正常塞曼效應，更為復雜的稱為反常塞曼效應。全面解釋塞曼效應須用量子理論，並須考慮電子自旋，電子自旋磁矩與軌道磁矩耦合為總磁矩，它們是空間量子化的，在外磁場作用下引起的附加能量不同，造成能級分裂，從而導致光譜線的分裂。正常塞曼效應是總自旋為零時原子能級和光譜在磁場中的分裂；反常塞曼效應是總自旋不為零的原子能級和光譜線在磁場中的分裂。
塞曼效應是研究原子結構的重要途徑之一。在天體物理中，塞曼效應被用來測量天體磁場及星際磁場。

Ⅸ 汞435.8nm譜線是由什麼電子躍遷產生，計算它的塞曼分裂，並說明它的偏振狀態

3． 如何由塞曼效應來確定原子能級量子數與g值？ 實驗方法二： 實驗儀器 直讀式塞曼效應實驗儀、特斯拉計. 圖1—5—5 實驗裝置示意圖 儀器結構如圖1—5—6所示： 圖1—5—6 儀器結構圖 光從汞燈出發，先經過聚光鏡，形成一系列平行光束