RegistrierenRegistrieren   LoginLogin   FAQFAQ    SuchenSuchen   
Zeeman-Effekt: experimentelle Basis?
 
Neue Frage »
Antworten »
    Foren-Übersicht -> Quantenphysik
Autor Nachricht
rüdisüli



Anmeldungsdatum: 23.09.2015
Beiträge: 95

Beitrag rüdisüli Verfasst am: 18. Jul 2016 13:35    Titel: Zeeman-Effekt: experimentelle Basis? Antworten mit Zitat

Mir ist nicht klar, was dem Zeeman-Effekt, anomalen Zeeman-Effekt oder Paschen-Back-Effekt als Experiment zu Grunde liegt. Was wäre da die konkrete Situation, welche für all die betreffenden Theorien und Formeln die Basis bildet?

Da ist am Anfang offenbar eine Gasdampflampe, und deren Abstrahlung wird durch ein Magnetfeld verändert. Was geschieht da nun? Werden die emittierten Photonen der Gasdampflampe durch das Magnetfeld verändert, oder verursacht das Magnetfeld, dass zusätzliche, andere Photonen abgestrahlt werden?

Was genau geschieht mit den Elektronen und deren angeblich präzedierenden Umlaufbahnen? Werden durch die Einwirkung des Magnetfeldes der Präzessionswinkel und die Magnetquantenzahl verändert (z.B. von 2 auf 1), wobei bei dieser Zustandsänderung dann ein Photon entsteht?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 18. Jul 2016 16:11    Titel: Re: Zeeman-Effekt: experimentelle Basis? Antworten mit Zitat

rüdisüli hat Folgendes geschrieben:
Da ist am Anfang offenbar eine Gasdampflampe, und deren Abstrahlung wird durch ein Magnetfeld verändert. Was geschieht da nun? Werden die emittierten Photonen der Gasdampflampe durch das Magnetfeld verändert, oder verursacht das Magnetfeld, dass zusätzliche, andere Photonen abgestrahlt werden?

Nein, mit den Photonen geschieht gar nichts.

Die Elektronen im Atom koppeln zunächst nur an das elektrische Feld des Atomkerns. Nun koppeln sie zusätzlich an das externe Magnetfeld; daraus resultieren Verschiebungen der Energie-Niveaus der Elektronen.

rüdisüli hat Folgendes geschrieben:
Was genau geschieht mit den Elektronen und deren angeblich präzedierenden Umlaufbahnen?

Es gibt diese Umlaufbahnen nur im Kontext des Bohrschen Atommodells; dieses Modell ist in vielerlei Hinsicht unzureichend; insbs. scheitert es bei allen Atomen mit mehr als einem Elektron.

rüdisüli hat Folgendes geschrieben:
Werden durch die Einwirkung des Magnetfeldes der Präzessionswinkel und die Magnetquantenzahl verändert ...?

Jedes Energie-Niveau = jeder Zustand wird durch die drei Quantenzahlen n,l,m beschrieben. Das zusätzliche Magnetfeld bewirkt, dass die normalerweise vorliegende Entartung bei gleichem n jedoch unterschiedlichem l,m aufgehoben wird; dabei bleibt die Klassifizierung nach n,l,m zunächst gültig, muss dann jedoch unter Einbeziehung des Spins durch eine Klassifizierung bzgl. n,j,m ersetzt warden; J bezeichnet dabei den Gesamtdrehimpuls des Elektrons als Summe aus Bahndrehimpuls L und Spin S.

https://de.wikipedia.org/wiki/Zeeman-Effekt

_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
rüdisüli



Anmeldungsdatum: 23.09.2015
Beiträge: 95

Beitrag rüdisüli Verfasst am: 18. Jul 2016 18:56    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen Dank.

"… daraus resultieren Verschiebungen der Energie-Niveaus der Elektronen."
> OK, und wie können diese Energie-Niveau-Verschiebungen gemessen werden? Hat dies nicht mit einer entsprechenden Photonen-Emission etwas zu tun?

Noch eine Frage: In Wikipedia (obiger Link/ Abschnitt "Quantenmechanische Erklärung") steht:
"Die gleichen Formeln gelten auch für alle höheren Bahndrehimpulse als L = 1 … Deshalb beobachtet man beim Zeeman-Effekt im Allgemeinen weniger Spektrallinien als die Anzahl der Zeeman-Niveaus, in die aufgespalten wird."
> Wie ist es denn in diesem Zusammenhang möglich, auf die grössere Anzahl von Zeeman-Niveaus zu schliessen bzw. diese experimentell zu fundieren?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 19. Jul 2016 06:52    Titel: Antworten mit Zitat

rüdisüli hat Folgendes geschrieben:
"… daraus resultieren Verschiebungen der Energie-Niveaus der Elektronen."
> OK, und wie können diese Energie-Niveau-Verschiebungen gemessen werden? Hat dies nicht mit einer entsprechenden Photonen-Emission etwas zu tun?

Das emittierte Photon hat eine andere Energie, da die beiden beteiligten Energieniveaus des Elektrons verschoben sind (woraus auch eine Verschiebung der Energie des Photons resultiert). Aber ansonsten ändert das B-Feld nichts am einmal emittierten Photon.
rüdisüli



Anmeldungsdatum: 23.09.2015
Beiträge: 95

Beitrag rüdisüli Verfasst am: 19. Jul 2016 13:37    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo
Leider ist das Grundlegende immer noch nicht ganz klar. Da ist eine Gasdampflampe, und diese emittiert Photonen auch dann, wenn kein Magnetfeld vorhanden ist. Nun kommt das äussere Magnetfeld hinzu. Was geschieht nun genau?
Gibt es nun eine Beeinträchtigung der (zuerst genannten) Photonen-Emissionen bzw. der betreffenden Quantensprünge (im Zusammenhang mit durch das Magnetfeld Veränderten Energieniveaus)? Stimmt das so ungefähr?
Gruss
as_string
Moderator


Anmeldungsdatum: 09.12.2005
Beiträge: 5407
Wohnort: Heidelberg

Beitrag as_string Verfasst am: 19. Jul 2016 14:00    Titel: Antworten mit Zitat

rüdisüli hat Folgendes geschrieben:
Da ist eine Gasdampflampe, und diese emittiert Photonen auch dann, wenn kein Magnetfeld vorhanden ist.

Genau. Und die Energie der Photonen, die emittiert werden während sich das emittierende Gasatom in keinem äußeren Magnetfeld befindet haben eine Energie, die der Differenz der beiden Energieniveaus vor/nach der Emission entspricht.
rüdisüli hat Folgendes geschrieben:
Nun kommt das äussere Magnetfeld hinzu. Was geschieht nun genau?

Das bewirkt, dass die Energieniveaus je nach Spinausrichtung und so weiter verschoben sind.
rüdisüli hat Folgendes geschrieben:
Gibt es nun eine Beeinträchtigung der (zuerst genannten) Photonen-Emissionen

Hier weiß ich nicht, ob Ihr aneinander vorbei redet. Was meinst Du mit den "zuerst genannten Photonen-Emissionen"? Die Photonen, die emittiert wurden, während noch kein äußeres Magnetfeld da war, sind ja schon lange weg. Auf ein Photon, das sich durch den Raum bewegt, haben (statische) Magnetfelder auch keinen weiteren Einfluss.
Aber wenn von den Atomen neue Photonen emittiert werden, dann haben diese eine andere Energie. Wenn sich die Energie-Niveaus verändern ändert sich ja auch die Differenz zwischen denen und die entspricht ja auch der Energie der Photonen (wie oben schon geschrieben).
Das bedeutet: Ein Übergang von einem Zustand mit den selben n, l, m-Quantenzahlen zu den selben hat eine andere Energiedifferenz, wenn sich das Atom in einem äußeren Magnetfeld befindet, wie ohne dieses. Photonen, die bei einen solchen Übergang emittiert werden haben folgerichtig dann auch eine andere Energie.

Gruß
Marco
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 19. Jul 2016 14:35    Titel: Antworten mit Zitat

rüdisüli hat Folgendes geschrieben:
Da ist eine Gasdampflampe, und diese emittiert Photonen auch dann, wenn kein Magnetfeld vorhanden ist. Nun kommt das äussere Magnetfeld hinzu. Was geschieht nun genau?

Die Lampe emittiert Photonen, so wie vorher. Nur haben diese eine andere Energie, das das B-Feld die Energieniveaus beeinflusst.

rüdisüli hat Folgendes geschrieben:
Gibt es nun eine Beeinträchtigung der betreffenden Quantensprünge (im Zusammenhang mit durch das Magnetfeld veränderten Energieniveaus)?

Es gibt keine "Beeinträchtigung".

1) Stell' dir Leute vor, die auf Stufen einer Leiter stehen. Die oben auf Stufen n stehenden Leute lassen Bälle fallen, die weiter unten auf Stufen n' stehenden fangen die Bälle auf und messen deren kinetische Energie



2) Nun stell' dir vor, dass du aus einer Leiterstufe n mehrere Stufen n,l,m machst, wobei Stufen zum selben n jedoch unterschiedlichem l,m nur wenige Millimeter voneinander entfernt sind. Weiterhin lassen die Leute Bällen fallen bzw. fangen sie auf und messen deren Energie. Diese hängt jetzt von allen Indizes ab:



Das Fallenlassen bzw. Auffangen wird nicht beeinträchtigt.

_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
rüdisüli



Anmeldungsdatum: 23.09.2015
Beiträge: 95

Beitrag rüdisüli Verfasst am: 19. Jul 2016 22:46    Titel: Antworten mit Zitat

Dies ist nun soweit klar. Danke an Euch beide.

Nun frage ich mich, was denn abgesehen von der Photonenemission bei solchen magnetischen Zustandsänderungen (Änderung von ml od. mi) bei Elektronen/ Atomen konkret geschieht:
Geht da potentielle magnetische Energie verloren, weil sich der betreffende Elementarmagnet stärker auf das äussere Magnetfeld ausrichtet, wobei sich gleichzeitig das magnetische Moment der Elektrons verstärkt, indem der quantelte Winkel für die theoretische Präzession verkleinert wird? Oder geschieht da etwas ganz anderes?

Ist es aufgrund solcher Experimente, bei denen offenbar nur Photonenenergien bzw. Energie-Niveau-Differenzen beobachtbar sind, überhaupt möglich, auf magnetische Strukturvorstellungen wie z.B. die nachfolgenden zu schliessen?

http://hydrogen.physik.uni-wuppertal.de/hyperphysics/hyperphysics/hbase/quantum/vecmod.html
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 20. Jul 2016 12:09    Titel: Antworten mit Zitat

Das Vektormodell ist eine teilweise unzureichende Veranschaulichung. Prinzipiell muss man die Quantenmechanik bemühten und die Schrödingergleichung lösen. Dabei hat man grundsätzlich alle Terme in der Gleichung und kann je nach System Näherungen vornehmen (normaler anomaler Zeeman-E., LS- vs. JJ-Kopplung, ...).

Letztlich handelt es sich um die Erweiterung des Potentials um weitere Terme (B-Feld, Spin, Bahndrehimpuls ...)
Neue Frage »
Antworten »
    Foren-Übersicht -> Quantenphysik