Efeito Zeeman

Definição

O efeito Zeeman é a divisão de uma linha ou linhas espectrais como resultado da colocação de uma fonte de radiação (como a luz) em um campo magnético.

A divisão consiste em três linhas igualmente espaçadas (efeito Zeeman normal) em sistemas para os quais o número quântico de spin é zero, ou em três ou mais linhas desigualmente espaçadas (efeito Zeeman anômalo) em sistemas para os quais o número quântico de spin não é zero.

O que é o efeito Zeeman?

O efeito Zeeman é uma propriedade da física em que a luz de uma linha espectral é dividida em duas ou mais frequências quando está sob a presença de um campo magnético.

A propriedade leva o nome de Pieter Zeeman, um físico holandês do século 20 que ganhou o Prêmio Nobel de Física junto com Hendrik Lorentz em 1902, por descobrir o efeito.

O desenvolvimento da mecânica quântica modificou ainda mais a compreensão do efeito Zeeman ao determinar quais linhas espectrais foram emitidas quando os elétrons foram movidos de uma camada de energia para outra em sua órbita de núcleos atômicos.

A compreensão do efeito Zeeman levou a avanços nos estudos de ressonância paramagnética de elétrons, bem como na medição de campos magnéticos no espaço, como os do Sol e outras estrelas.

Contemplar como ocorre o efeito Zeeman no hidrogênio é um dos métodos mais fáceis de compreender o processo.

Um campo magnético aplicado a uma linha espectral de transição de hidrogênio causará uma interação com o momento dipolar magnético do momento angular orbital para o elétron e dividirá a linha espectral em três linhas.

Sem o campo magnético, a emissão espectral ocorre em um único comprimento de onda, que é governado pelos principais números quânticos.

O efeito Zeeman também pode ser dividido em efeito Zeeman anômalo e efeito Zeeman normal.

O efeito Zeman normal é caracterizado por átomos como o hidrogênio, onde ocorre uma transição esperada para uma exibição igualmente espaçada de um tripleto de linhas espectrais.

Em um efeito anômalo, o campo magnético pode, em vez disso, dividir as linhas espectrais em quatro, seis ou mais divisões, com espaçamentos maiores do que o esperado entre os comprimentos de onda.

O efeito anômalo aprofundou a compreensão do spin do elétron e é uma espécie de rótulo incorreto, pois agora é um efeito previsto.

Os resultados experimentais do estudo desse fenômeno concluíram que o estado de spin, ou orientação do elétron, foi a chave para a mudança de energia que ele sofreu e, portanto, o tipo de emissão espectral que produziu. Se o plano da órbita de um elétron fosse perpendicular a um campo magnético aplicado, ele produziria um estado de mudança de energia positiva ou negativa dependendo de sua rotação. Se o elétron estivesse dentro do plano de sua órbita ao redor do núcleo, a força resultante ou estado de mudança de energia seria zero.

Isso concluiu que os efeitos de divisão de Zeeman poderiam ser calculados com base na órbita, ou momento angular de um elétron, em relação a qualquer campo magnético aplicado.

As observações originais sugeriram que o efeito Zeeman normal testemunhado com o hidrogênio, onde ocorreu uma divisão em três linhas espectrais, seria comum.

Na realidade, isso acabou sendo uma exceção à regra. Isso ocorre porque a divisão de três linhas espectrais é baseada no momento angular, ou órbita de um elétron ao redor do núcleo, embora um estado de spin do elétron tenha duas vezes o momento magnético do momento angular. O estado de spin é visto como um fator maior, portanto, na produção do efeito Zeeman, e os estados de spin, ou rotações de elétrons, devem ser teoricamente previstos usando a eletrodinâmica quântica.

Efeito Zeeman – Níveis

Os níveis de energia atômica, as transições entre esses níveis e as linhas espectrais associadas discutidas até este ponto assumiram implicitamente que não há campos magnéticos influenciando o átomo.

Se houver campos magnéticos presentes, os níveis de energia atômica serão divididos em um número maior de níveis e as linhas espectrais também serão divididas.

Essa divisão é chamada de Efeito Zeeman.

Efeito Zeeman – Física

Efeito Zeeman, em física e astronomia, a divisão de uma linha espectral em dois ou mais componentes de frequência ligeiramente diferente quando a fonte de luz é colocada em um campo magnético.

Foi observado pela primeira vez em 1896 pelo físico holandês Pieter Zeeman como um alargamento das linhas D amarelas do sódio em uma chama mantida entre fortes pólos magnéticos.

Mais tarde, descobriu-se que o alargamento era uma divisão distinta das linhas espectrais em até 15 componentes.

A descoberta de Zeeman rendeu-lhe o Prêmio Nobel de Física de 1902, que ele compartilhou com um ex-professor, Hendrik Antoon Lorentz, outro físico holandês. Lorentz, que já havia desenvolvido uma teoria sobre o efeito do magnetismo sobre a luz, formulou a hipótese de que as oscilações dos elétrons dentro de um átomo produzem luz e que um campo magnético afetaria as oscilações e, portanto, a frequência da luz emitida.

Esta teoria foi confirmada pela pesquisa de Zeeman e posteriormente modificada pela mecânica quântica, de acordo com a qual linhas espectrais de luz são emitidas quando os elétrons mudam de um nível de energia discreto para outro.

Cada um dos níveis, caracterizado por um momento angular (quantidade relacionada à massa e ao spin), é dividido em um campo magnético em subestados de energia igual.

Esses subestados de energia são revelados pelos padrões resultantes dos componentes da linha espectral.

O efeito Zeeman ajudou os físicos a determinar os níveis de energia nos átomos e identificá-los em termos de momentos angulares.

Também fornece um meio eficaz de estudar núcleos atômicos e fenômenos como a ressonância paramagnética de elétrons. Em astronomia, o efeito Zeeman é usado para medir o campo magnético do Sol e de outras estrelas.

Efeito Zeeman – Resumo

O efeito foi descoberto em 1896 pelo físico holandês Pieter Zeeman (1865-1943).

O efeito Zeeman descreve a divisão de linhas espectrais na presença de um campo magnético.

Na ausência de um campo magnético, a emissão é observada como uma única linha espectral e depende apenas dos principais números quânticos dos estados inicial e final.

Na presença de um campo magnético externo, o número quântico principal de cada estado é dividido em diferentes subestados, resultando em transições permitidas que têm frequências acima e abaixo da transição que resulta na ausência de um campo magnético.

O grau de divisão depende da intensidade do campo. Portanto, as observações astronômicas do efeito Zeeman podem fornecer informações importantes sobre a intensidade do campo magnético em objetos cósmicos.

O efeito Zeeman ajudou os físicos a determinar os níveis de energia nos átomos. Em astronomia, o efeito Zeeman é usado para medir o campo magnético do Sol e de outras estrelas.

Efeito Zeeman

Fonte: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/www.dictionary.com/astronomy.swin.edu.au/www.wisegeek.org/chem.libretexts.org/Encyclopaedia Britannica/www.pas.rochester.edu/www.frontiersin.org