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电子自旋假设

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电子自旋假设
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第四章 电子自旋的假设 第一节:原子中电子轨道运动磁矩 前面我们详细讨论了氢原子和碱金属原子的能 级与光谱,理论与实验符合的很好,可是后来用 高分辨率光谱仪观测时发现,上述光谱还有精细 结构,这说明我们的原子模型还很粗糙。 本章我们将引进电子自旋假设,对磁矩的合成 以及磁场对磁矩的作用进行讨论,去考察原子的 精细结构,并且我们要介绍史特恩-盖拉赫,塞曼 效应,碱金属双线三个重要实验,它们证明了电 子自旋假设的正确性。 第四章 电子自旋的假设 电子自旋假设的引入,正确解释了氦原子的光 谱和塞曼效应.可是“自旋是一种结构呢?还是存在 着几类电子呢?” 并且到现在为止,我们的研究还只限于原子的外 层价电子,其内层电子的总角动量被设为零,下一 章我们将要着手讨论原子的壳层结构。 本节介绍了原子中电子轨道运动引起的磁矩,从 电磁学定义出发,我们将得到它的经典表达式,利用 量子力学的计算结果,我们可以得到电子轨道磁矩的 量子表达式。 第四章 电子自旋的假设 对原子中电子轨道磁矩的讨论使我们发现,电 子运动轨道的大小,运动的角动量以及原子内部的 能量都是量子化的。 不仅如此,我们还将看到,在磁场中或电场中 ,原子内电子的轨道只能取一定的方向,一般地说, 在电场或磁场中,原子的角动量也是量子化的,人 们把这种情况称作空间量子化。 第四章 电子自旋的假设 在电电磁学中,我们们曾经经定义义,闭闭合通电电回路的磁 距为为 (1) 因此,原子中电电子绕绕核转转也必定与一个磁距相对对 应应,式中i是回路电电流,S 是回路面积积 第四章 电子自旋的假设 计算磁矩与角动量的关系为: 称为为旋磁比 考虑虑到反向,写成矢量式为为 (4) 的方向旋进。 中将受到力矩的作用,力矩将使得 磁矩 磁矩在外磁场场 绕绕外磁场场 第四章 电子自旋的假设 由电电磁学知 在均匀外磁场场 中受到的力矩为为 另一方面,由理论论力学得 将 代入得 令 (1) 第四章 电子自旋的假设 的物理意义义:与同向, 沿“轨轨道”切向, 则 在dt时间时间 内旋进进角度 (1)式的标标量形式为为 另一方面,设设 则则把式 代入上式得 第四章 电子自旋的假设 轨道磁矩的量子表达式 1.量子力学关于轨道角动量的计算结果 量子力学的结论为 (1) 根据量子力学的计计算,角动动量 是量子化的,这包 括它的大小和空间取向都是量子化的。 式中l 称为为角量子数,它的取值值范围为围为 称为轨为轨 道磁量子数 当l 取定后,他的可能取值为值为 第四章 电子自旋的假设
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