Efecto Zeeman

EFECTO ZEEMAN

































Esta práctica tiene como objetivos:
- La medida del desdoblamiento de la línea roja del cadmio en función del campo magnético aplicado tanto en observación transversal al campo magnético aplicado (triplete) como en la observación longitudinal a dicho campo (doblete),
- La determinación del estado de polarizaciónde las componentes del triplete y del doblete respectivamente,
- La determinación de la relación e/m para el electrón a partir de la separación entre líneas del triplete y el doblete respectivamente.


Aspectos teóricos

El efecto Zeeman consiste en el desdoblamiento de los niveles de energía atómicos bajo la acción de un campo magnético externo. Existen dos variedades:
- El efecto Zeemannormal, corresponde al desdoblamiento de los niveles de energía en tres componentes,
- El efecto Zeeman anómalo, que corresponde al desdoblamiento en más de tres componentes.

El efecto Zeeman normal sólo sucede en transiciones entre estados de energía atómicos con spin total S = 0, y podemos observarlo en la línea roja del cadmio. Cuando un campo magnético B actúa sobre el cadmio, se produceun desplazamiento en algunas de sus componentes que viene dado por:



donde:
- : desplazamiento de la longitud de onda emitida por el cadmio,
- e: carga del electrón,
- m: masa del electrón,
- B: campo magnético aplicado.

Para observar las líneas espectrales se necesita un espectroscopio de gran capacidad de resolución, como el interferómetro de Lummer-Gehrcke. De suscaracterísticas obtenemos que:



donde:
- c: velocidad de la luz, ≈3•108 m/s
- n: coeficiente de refracción para el vidrio del interferómetro, 1,4567
- d: grosor del interferómetro de Lummer, 4,04nm = 4,04•10-9m
- δa: separación entre líneas del cadmio sin aplicar campo magnético
- Δa: separación entre dos líneas continuas de un desdoblamiento.

Una representación aclaratoria para δa y Δa:Si juntamos esta expresión con la anterior obtenemos que:






Desarrollo experimental

Calibrado del campo magnético.
Aunque disponemos de un teslómetro, no podemos tenerlo siempre en la posición que la lámpara para conocer el campo magnético que actúa sobre él; pero podemos estimar su valor en función de la intensidad de la corriente que circula por elelectroimán. Para esto introducimos el teslómetro (puesto a cero) lo más cerca posible de la lámpara y tomamos valores del campo para distintas intensidades; con los datos obtenidos realizamos una regresión de la que obtendremos el campo magnético aplicado en función de la intensidad.
Los pasos a seguir:
- Ponemos a cero el teslómetro, introduciéndolo en el orificio correspondiente.
- Colocamos elteslómetro lo más cerca posible de la lámpara de cadmio que deberá estar apagada.
- Conectamos el electroimán a la fuente de alimentación, y ponemos a cero los botones de ajuste de tensión y de intensidad.
- Fijamos en el máximo la tensión de salida.
- Variamos la intensidad, tomando datos del campo magnético con el teslómetro.

Los datos obtenidos son los que están en la siguiente página. Unarepresentación gráfica nos permite ver que existe una relación lineal entre la intensidad y el campo, así que ajustamos los datos a una recta.




I / A B / mT
0,4 19
1,4 48
2,4 79
2,8 91
3,2 104
5,0 159
5,3 165
5,6 176
6,8 212
7,2 224
7,7 240
8,2 257
9,0 278
9,7 302
10,6 329
11,5 357
12,1 373
12,7 391
13,1 405
14,2 438
15,5 477
17,0 522
18,4 556
19,6 586
20,1 597Ajuste del sistema óptico.
A partir de ahora es necesario que haya la mayor oscuridad posible en la habitación, para no provocar interferencias en la visión de las líneas. Retiramos el teslómetro y avisamos al encargado para encender la lámpara.
Alineamos el telescopio con el interferómetro estirando la cubierta de goma cuidadosamente sobre el telescopio para evitar posibles...