原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)電子的自旋-全文預(yù)覽
【正文】 二輔線系作定性分析。1）定性分析：堿金屬元素的原子光譜各線系的波數(shù)均可表示為兩波譜項(xiàng)之差，其活動(dòng)項(xiàng)與躍遷的初態(tài)對(duì)應(yīng)，固定項(xiàng)與躍遷的末態(tài)對(duì)應(yīng)。未發(fā)生軌道貫穿時(shí)，原子實(shí)的有效電荷數(shù)是1，原子的能級(jí)與氫原子能級(jí)很接近；價(jià)電子處在軌道貫穿時(shí)，原子實(shí)的有效電荷數(shù)大于1，導(dǎo)致其能量較氫原子小，即相應(yīng)的能級(jí)低。原子實(shí)的極化和軌道貫穿理論能很好地解釋堿金屬原子能級(jí)同氫原子能級(jí)的差別。價(jià)電子在較大的軌道上運(yùn)動(dòng)，極易脫離原子實(shí)。一次電離電勢(shì)約50V，二次電離卻要大得多。（以鋰的原子能級(jí)圖為例）1）有4組初始位置不同的譜線，但有3個(gè)終端，表明有4套動(dòng)項(xiàng)和3套固定項(xiàng)；2）與主量子數(shù)和角量子有關(guān)（氫原子能級(jí)只與n有關(guān)）；3）能級(jí)躍遷的選擇定則：只有當(dāng)時(shí)，兩能級(jí)間的躍遷才是允許的。由于單電子的，因而，代表雙重態(tài)。如果不考慮原子內(nèi)部電子的運(yùn)動(dòng)，可用價(jià)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)表示整個(gè)原子的狀態(tài)，習(xí)慣上用大寫字母表示與對(duì)應(yīng)的原子態(tài)。量子數(shù)的取值由角量子數(shù)與自旋量子數(shù)決定，最大值是（＋），最小值是。表示為因子是反映物質(zhì)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要物理量，但至今仍是一個(gè)假設(shè)，它可以表示為：引入因子后，電子的軌道磁矩、自旋磁矩和總磁矩以及在z方向的分量分別表示為：當(dāng)只考慮軌道角動(dòng)量時(shí)，當(dāng)只考慮自旋角動(dòng)量時(shí)， 電子的磁矩和原子核的磁矩合成原子的磁矩。如將電子自旋視為機(jī)械自旋，可證明電子自旋使其表面的切向線速度將超過(guò)光速。電子自旋假設(shè)受到各種實(shí)驗(yàn)的支持，是對(duì)電子認(rèn)識(shí)的一個(gè)重大發(fā)展?！。ǖ拇嬖跇?biāo)志著電子還有一個(gè)新的物理自由度）玻爾磁子在此之前已得到電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩為。而軌道角動(dòng)量是不可能為半整數(shù)的。對(duì)于氫（單電子），因氫原子處于基態(tài)，進(jìn)而可得出，故有于是與具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)相對(duì)應(yīng)的 以上計(jì)算結(jié)果表明處于基態(tài)的氫原子束在不均勻磁場(chǎng)作用下分裂為兩層，與實(shí)驗(yàn)甚符。于是中的，即在運(yùn)用上式時(shí)須注意單位，的單位應(yīng)取。故從實(shí)驗(yàn)測(cè)得是分立的，反過(guò)來(lái)證明呈量子化。為使氫原子束在磁場(chǎng)區(qū)受力，要求磁場(chǎng)在的線度范圍內(nèi)是非均勻磁場(chǎng)（實(shí)驗(yàn)的困難所在）。此式說(shuō)明磁相互作用至少比電相互作用小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。其特點(diǎn)是不能與z方向重合，這正是對(duì)角動(dòng)量量子化條件改動(dòng)而產(chǎn)生的效果。軌道平面方向的確定：當(dāng)有一個(gè)磁場(chǎng)存在時(shí)，磁場(chǎng)的方向即為參考方向，軌道平面的方向也才有意義。磁矩與軌道角動(dòng)量反向，這是因?yàn)榇啪氐姆较蚴歉鶕?jù)電流方向的右手定則定義的，而電子運(yùn)動(dòng)方向與電流反向之故。41原子中電子軌道運(yùn)動(dòng)的磁矩在經(jīng)典電磁學(xué)中載流線圈的磁矩為。本章在量子力學(xué)基礎(chǔ)上討論原子的精細(xì)結(jié)構(gòu)。不過(guò)人們隨后發(fā)現(xiàn)光譜線還有精細(xì)結(jié)構(gòu)，這說(shuō)明還需考慮其它相互作用即考慮引起能量變化的原因。167。）電子繞核的運(yùn)動(dòng)必定有一個(gè)磁矩，設(shè)電子旋轉(zhuǎn)頻率為，則原子中電子繞核旋轉(zhuǎn)的磁矩為：定義旋磁比：，則電子繞核運(yùn)動(dòng)的磁矩為上式是原子中電子繞核運(yùn)動(dòng)的磁矩與電子軌道角動(dòng)量之間的關(guān)系式。進(jìn)動(dòng)角頻率（or拉莫爾頻率）為：此前的兩個(gè)量子數(shù)中，主量子數(shù)n決定體系的能量，角動(dòng)量量子數(shù)決定軌道形狀。根據(jù)軌道角動(dòng)量及其分量的量子化條件做出其矢量模型示意圖(右圖)。可改寫為，式中為精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)，是第一玻爾半徑。原子束穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)最后落在屏上。由以上討論知，不僅呈量子化，在方向的投影也呈量子化，因?yàn)橹挥羞@樣，的數(shù)值才可能是分立的。只有全面考
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