В случае атомов, магнитные моменты которых могут иметь три и более пространственные ориентации, размывание компонент атомного пучка привело бы (на установке 1921-22 года) к их перекрыванию. Было бы затруднительно определить даже количество компонент пучка, и результаты эксперимента не были бы столь однозначны.
8.5. Компьютерное моделирование опыта Штерна – Герлаха
Получить достаточно полное представление об опыте Штерна – Герлаха в условиях физического практикума позволяет моделирование процесса, реализованное на персональном компьютере в среде Windows. Программное обеспечение, разработанное с этой целью, дает возможность производить выбор исследуемых атомов и задавать такие экспериментальные параметры, как температура в печи, градиент поля, длина магнита, расстояние между магнитом и экраном. Кроме того, один и тот же эксперимент можно выполнить как с моноэнергетическими, так и с модельными максвелловскими пучками. Программа снабжена сервисным меню, позволяющим легко освоить управление экспериментом и обработку полученных данных. Скорость атомов в моноэнергетических пучках принимается равной среднеквадратичной скорости при температуре печи (см. (8.12)).
8.6. Задание
1. Провести опыт Штерна-Герлаха с атомами серебра в режиме моноэнергетических и максвелловских пучков при температуре разогрева печи 1000 К и градиенте магнитного поля 500 Тл/м.
2. Измерить число компонент пучка и величину расщепления – расстояние между соседними компонентами.
3. Подсчитать g-фактор и магнитный момент атомов серебра по формулам (3.29) и (3.11).
4. Повторить пункты 1 − 3, уменьшая и увеличивая температуру разогрева печи на 200 − 500°К.
5. Повторить пункты 1 − 3, уменьшая и увеличивая градиент поля на 50 Тл/м.
6. Повторить пункты 1 − 3 дважды, уменьшая и увеличивая расстояние между магнитом и экраном.
7. Определить среднее значение g-фактора и магнитного момента атомов серебра, рассчитать погрешности.
8. Провести опыт Штерна–Герлаха с другим атомами, указанными преподавателем, по предложенной в пунктах 1 − 7 схеме.
9. Результаты представить в виде таблицы с подробным анализом зависимости магнитных свойств атомов от структуры и состояния его электронной оболочки.
8.7. Контрольные вопросы
1. Что понимается под термином «пространственное квантование»?
2. В каких еще экспериментах, кроме опыта Штерна – Герлаха, можно наблюдать явление пространственного квантования?
3. Что такое гиромагнитное отношение и фактор Ланде?
4. Можно ли с помощью опыта Штерна – Герлаха оценить гиромагнитное отношение для спина электрона?
5. Как квантуются модули и проекции для орбитального, спинового и полного механического момента электронной оболочки атома?
6. Каковы правила квантования магнитного момента атома?.
7. Для чего в опыте Штерна – Герлаха используются магниты со сложной конфигурацией наконечников?
8. С какими частицами проводились опыты Штерна – Герлаха? Какую информацию о них при этом можно получить?
9. Какая из кривых на рис. 8.3 соответствует бóльшей температуре?
10. С помощью каких правил, и каким образом, зная электронную конфигурацию основного состояния атома, можно найти кратность расщепления пучка в опыте Штерна – Герлаха?
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.