30-mavzu. Zeyeman effekti. Faradey effekti. Shtark effekti. Sun’iy anizotropiya. Nurning magnit maydonida ikkilanib sinishi. Kerr magnitooptik effekti

---

30-MAVZU. ZEYEMAN EFFEKTI. FARADEY EFFEKTI. SHTARK 
EFFEKTI. SUN’IY ANIZOTROPIYA. NURNING MAGNIT MAYDONIDA 
IKKILANIB SINISHI. KERR MAGNITOOPTIK EFFEKTI. 
Эффект Зеемана – это расщепление энергетических уровней атома и, 
соответственно, 
спектральных 
линий, 
в 
магнитном 
поле. 
Выделяют нормальный и аномальный, 
а 
также продольный и поперечный эффекты Зеемана. Нормальный эффект 
Зеемана наблюдается только в сильных полях. Это важный физический 
эффект, позволяющий экспериментально исследовать энергетическую 
структуру атомов или измерять напряженность магнитного поля. Эффект 
наблюдался в 1896 году, до развития квантовой механики, и имеет как 
классическое, так и квантовое объяснение. 
Вначале Лоренцем были сделаны попытки классического объяснения 
наблюдений. Лоренц рассмотрел электрон, движущийся по круговой орбите 
под воздействием кулоновской силы, которая представляет собой 
центростремительную 
силу 
(пусть 
движение 
происходит 
вокруг 
положительного заряда, численно равного заряду электрона): 
. (а.3.1) 
Если включить вдоль оси вращения магнитное поле, то на электрон 
будет дополнительно действовать сила Лоренца, направленная по радиусу. 
Поэтому условие равновесия (1) приобретает вид 
. (а.3.2) 
Подставив (1) в (2), Лоренц нашел соотношние 
, (а.3.3) 
то есть квадратное уравнение, определяющее новую частоту вращения 
электрона 
, 
. (а.3.4) 
Введя обозначение 
, (а.3.5) 
запишем решение уравнения (4) в виде 
. (а.3.6) 
Если наблюдать излучение ускоренно движущегося (вращающегося) 
электрона в направлении, перпендикулярном магнитному полю, то можно 
увидеть три линии излучения – на несмещенной частоте 
и на двух 
смещенных частотах (6). Это и наблюдалось экспериментально Зееманом, 
при изучении свечения паров натрия. 
Возникает вопрос об описании деталей этого эффекта в квантовой 
механике. Исследование движения электрона в магнитном поле – 

---

стандартная квантовомеханическая задача, требующая не только умения 
решать дифференциальные уравнения, но и знания «специальных функций» 
(простейший пример таких функций – синусы и косинусы; в разделе 
«Уравнения математической физики» рассматривают многие другие 
специальные функции – функции Эрмита, функции Бесселя, полиномы 
Лагранжа и др.). Мы приведем только постановку задачи и результаты ее 
решения. 
В квантовой механике доказано, что стационарное уравнение 
Шредингера, учитывающее магнитное поле и кулоновское взаимодействие 
электрона с ядром, имеет вид 
, (а.3.7) 
- радиальная переменная, 
- полярный угол, Е – энергия системы 
«электрон в атоме в магнитном поле», U – потенциальная – кулоновская 
энергия. 
Решение уравнения (7) проводится для не слишком сильного 
магнитного поля с помощью теории возмущений и дает триплет (три 
частоты) Лоренца 
. (а.3.8) 
Таким образом, квантовая механика не дает ничего нового при 
рассмотрении простого или нормального эффекта Зеемана. Однако этот 
эффект 
встречается 
редко. 
Чаще 
наблюдается 
так 
называемый аномальный эффект Зеемана, не имеющий классического 
описания. Аномальный эффект Зеемана наблюдался у водорода и у 
водородоподобных ионов (ион гелия 
, двукратно ионизованный 
литий 
и т.п.) В простом эффекте наблюдаются три линии при 
наблюдении перпендикулярно полю и две – при наблюдении вдоль поля 
(такова диаграмма направленности излучения электрона в данных условиях). 
Аномальный эффект – это появление большего числа частот. Таких частот 
может быть 10 (при наблюдении дублета натрия), 18 (при наблюдении 
триплета цинка) и т.д. В квантовой механике рассматривают аномальный 
эффект Зеемана в слабых и в сильных полях, причем доказывают, что 
причина возникновения сложной картины линий связана с наличием у 
электрона спина.