Física

O efeito Zeeman que ajuda a medir o campo magnético do Sol

O efeito Zeeman que ajuda a medir o campo magnético do Sol


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No final dos anos 1800, um cientista chamado Pieter Zeeman estava queimando sódio em seu laboratório quando fez uma descoberta que se propagaria pelo campo do eletromagnetismo para o resto da história.

Enquanto queimava sódio em um bico de bunsen, Zeeman observava as linhas D brilhantes que esse elemento emite - essencialmente apenas o espectro de raios de luz, semelhantes aos que vêm do sol. Ele decidiu submeter o sódio em combustão a um campo magnético e observou que as linhas se alargavam e mudavam.

Zeeman descobriu que a luz pode ser afetada por forças eletromagnéticas. Isso viria a ser conhecido como Efeito Zeeman. Para entender as contribuições de Pieter Zeeman para o campo da física, bem como entender o que exatamente é o Efeito Zeeman, vamos mergulhar em mais detalhes.

O que é o efeito Zeeman?

O efeito Zeeman, explicado de forma simples, é a divisão de uma linha espectral pela influência de um campo magnético. As linhas espectrais na queima do sódio, como no experimento original de Zeeman, ficavam um pouco abaixo de 600 nm. Nesse caso de uso, as linhas seriam divididas devido à sujeição a um campo magnético estático produzindo uma linha mais e menos energética em adição à original.

O que exatamente está causando essa interação é que o campo magnético estático exerce um torque nas partículas quânticas da luz, impactando o momento angular dessas partículas.

Compreendendo isso em um nível ainda mais técnico, o orbital p, um termo usado para descrever os lugares prováveis ​​em que um elétron pode ser encontrado em um determinado momento, tem três estados quânticos potenciais nos quais pode degenerar sem qualquer perda de energia. No entanto, como observamos antes, submeter as linhas de luz a um campo magnético estático produz três níveis de energia diferentes: baixo, original e alto.

Cada estado quântico do orbital p também tem um dipolo magnético associado a ele, portanto, quando o campo magnético entra em contato com os estados quânticos, ele os separa em três níveis de energia diferentes.

Um dos estados eleva a energia da linha, um diminui a energia e o outro permanece com a mesma energia. À medida que esses estados quânticos se separam e mudam as energias, eles criam três linhas espectrais diferentes de energia ligeiramente diferente.

Ainda não está entendendo? Bem, resumindo o que acabei de dizer, isso é conhecido como o caso mais simples do efeito Zeeman, também conhecido como efeito Zeeman Normal.

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Voltando à realidade por um segundo, podemos entender que o efeito Zeeman é a divisão das ondas de luz em diferentes energias com base nas forças de um campo magnético estático. Então, como isso é útil?

É útil em áreas onde precisamos medir a intensidade do campo magnético.

O efeito Zeeman correlaciona os comprimentos de onda das ondas de luz de volta à força do campo magnético que as causou. Isso significa que, com uma matemática não tão simples, os cientistas podem calcular e determinar o tamanho do campo magnético original que causou o efeito Zeeman em primeiro lugar.

As linhas espectrais da lâmpada de vapor de mercúrio no comprimento de onda 546,1 nm, mostrando o efeito Zeeman anômalo na imagem abaixo.
A. Sem um campo magnético
B. Com um campo magnético, as linhas espectrais se dividem como efeito Zeeman transversal
C. Com um campo magnético, dividido como efeito Zeeman longitudinal

Isso é particularmente útil na observação e monitoramento do campo magnético do sol e de outros corpos de plasma. Isso também entra em jogo em formas diferentes de espectroscopia e é até usado em ressonâncias magnéticas. Também existe uma chance de que os pássaros aproveitem o efeito Zeeman para obter um monitoramento mais próximo dos campos magnéticos variáveis.

Agora que fiz o meu melhor para explicar o efeito Zeeman e seus usos, vamos voltar à sua descoberta e ver o que gerou esse princípio científico.

Como o Efeito Zeeman foi descoberto?

No século 19, os cientistas estavam começando a decifrar o código e as conexões entre eletricidade, luz e magnetismo. Um dos principais cientistas que trabalharam nisso na época era um homem chamado Hendrik Lorentz. Lorentz continuaria a desempenhar um papel crucial na descoberta do efeito Zeeman, mas ele também derivou notavelmente as equações de transformação da teoria da relatividade especial de Einstein.

Lorentz descobriu que as substâncias emitem e absorvem luz em diferentes comprimentos de onda fixos. Em essência, cada substância existente tem um espectro de luz característico diferente que emite.

Em 1986, Pieter Zeeman estava estudando como a luz era impactada por campos magnéticos. em um de seus experimentos com a queima de sódio como fonte de luz, ele notou que as linhas do espectro de luz haviam se dividido em várias linhas após submetê-lo a um campo magnético.

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Zeeman foi o experimentador neste caso, portanto, o primeiro a observar e notar o efeito. Lorentz era o mentor de Zeeman na época e enquanto trabalhavam juntos, eles perceberam que as mudanças nas linhas de luz podiam ser explicadas pela teoria do elétron que Lorentz formulou.

Em vez de tentar explicar a teoria do elétron sozinho, e provavelmente errar, deixarei que Lorentz a explicasse pessoalmente em seu discurso de aceitação do Prêmio Nobel feito em 1902.

"Quando o Prof. Zeeman fez sua descoberta, a teoria do elétron estava completo em suas características principais e em condições de interpretar o novo fenômeno. Um homem que povoou o mundo inteiro de elétrons e os fez covibrar com luz não terá escrúpulos em supor que também são os elétrons que vibram dentro das partículas de uma substância incandescente e provocam a emissão de luz. Um elétron oscilante constitui, por assim dizer, um minúsculo vibrador hertziano; seu efeito no éter circundante é muito semelhante ao efeito que temos quando seguramos a ponta de uma corda esticada e ativamos as ondas de movimento familiares na corda, movendo-a para frente e para trás. Quanto à força que causa uma mudança nas vibrações em um campo magnético, é basicamente a força, cujas manifestações foram observadas pela primeira vez por Oersted, quando ele descobriu o efeito de uma corrente em uma agulha de bússola. "

Se você ainda não percebeu, Lorentz e Zeeman ganharam o Prêmio Nobel de Física em 1902 pela descoberta da Teoria de Zeeman.

Até hoje, o efeito Zeeman continua a ajudar os físicos a determinar o nível de energia nos átomos e determinar seu momento angular. É uma ótima maneira de estudar ressonância nuclear e outras ressonâncias magnéticas. Finalmente, é usado para medir os campos magnéticos das estrelas.

Embora todos esses campos sejam provavelmente muito complexos para compreendermos totalmente, podemos admitir que o efeito Zeeman mudou nossa compreensão da interação magnética-luz para sempre.


Assista o vídeo: Curiosidades Quânticas 15 - Efeito Zeeman e Efeito Stark (Junho 2022).


Comentários:

  1. Arwyroe

    Realmente estranho

  2. Rygemann

    romance

  3. Gakinos

    Bravo, sua ideia brilhante



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