지만 효과 실험 결과 보고서

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목차

1. 실험목적
2. 기구 및 장치
3. 실험장치의 구성
가. 개요
나. 실험요점
다. 장치 구성 및 절차
4. 이론
5. 실험방법.
6. 실험결과.
가. 주요 실험 기구의 기능
나. 실험 데이터
다. 실험으로부터 전자스핀의 존재에 대하여 설명하시오.

본문내용

Zeeman Effect
1. 실험목적
자기장속에서의 빛의 스펙트럼선을 관찰하여 Transverse 및 longitudinal
Zeeman effect를 이해하고 bohr\' magneton의 값을 구한다.
2. 기구 및 장치
Febry-perot iterferometer 1
Cadmium lamp for Zeeman effect 1
Electromagnet W/O pole shoes 1
Pole piece(Drilled, Conical) 1
Power supply for spectral lamps 1
Power supply (25 VAC/ 20 VDC, 12A) 1
Capacitor(Electrolyt, 22,000 ㎌) 1
Digital hand multimeter( 10A, LCD) 1
Flat cell battery (9V) 1
Optical profile - bench L=1000mm 1
base F opt.profile-bench(Adjust) 2
Slide mount (Lateral, Adjust.,Cal) 1
Supporting block(4set) 3
Supporting block(105x105x57 mm) 6
Slide mount F.Opt.profile-bench 6
Stand tube 6, Lens holder(5x5 cm) 1
Iris diaphrgm 1
Lens(mounted, f=+300mm)1
Lens(mounted, f=+50mm) 2
Polatization specimen(Quartz) 1
Polatization filter(on stem) 1
Screen(with aperature and scale) 1
Spirit level 1
Connecting cord (500 mm red 4, 500 mm blue 3, 500 mm yellow 4)
Teslameter 1
Mlti range meter/Overl.Prot.B 1
Dr cell (1.5V) 2
3. 실험장치의 구성
가. 개요
Zeeman effect는 자기장속에서 원자들의 에너지 준위들이 갈라져 스펙트럼에서도 중심 스펙트럼선이 쪼개져 line group으로 관찰되는 현상을 말한다.
Zeeman effect는 normal Zeeman effect와 anomalous Zeeman effect가 있는데 이는 전자의 각운동량에 스핀을 고려하는지의 여부에 따라 결정된다. 가장 간단한 normal Zeeman effect는 하나의 스펙트럼선이 세 개로 갈라지며, 대표적인 것으로 cadmium 스펙트럼 램프를 사용하여 관찰된다. 파장 λ=643.8nm를 갖는 cadmium램프의 red spectral line이 자기장속에서 몇 개의 성분으로 쪼개지는 것을 Febr-Perot interferometer를 이용하여 관찰할 수 있다. 이때 자기장 방향으로 스펙트럼을 관찰하면 두 개의 쪼개진 스펙트럼선이 관찰되며 자기장에 수직한 방향으로 스펙트럼을 관찰하면 세 개의 쪼개진 스펙트럼선이 관찰된다. 그림 1에 Zeeman effect실험을 위해 구성한 실제 실험장치를 나타냈다.
그림1. Experimental set-up for the Zeeman effect.
나. 실험요점
i. Febry-perot interferometer와 self-made telescope를 사용하여 중심 스펙트럼선이
두개의 σ-line으로 쪼개짐을 관찰하고, 자속밀도함수로서의 파수들을 측정한다.
ii. I의 결과로부터, Bohr\' magneton에 대한 값을 계산한다.
iii. 자기장 방향 내에서 방사된 빛이 정성적으로 조사된다.
다. 장치 구성 및 절차
(1) 전자석을 회전할수 있는 테이블 위에 놓고 cadmium 램프의 삽입을 위해 9mm 정도의
간격을 남겨 놓고 두 개의 pole-shoes로 고정을 한다. 이때 두 개의 pole-shoes는 magnetic flux가 가해진 후에도 움직이지 않도록 잘 조여져야 한다.
(2) Cadmium 램프를 pole-shoes에 닿지 않도록 갭 사이에 넣고, 스펙트럼 램프에 power supply를 연결한다.
(3) 전자석의 코일을 전류계를 경유하여 가변 power supply (20 VDC, 12 A) 와 병렬로 연결 한다. 이때 22,000㎌의 축전기는 평활 DC-전압을 위해 power 출력에 병렬로 연결한다.
(4) 자기장 내에서 스펙트럼선의 쪼개짐을 조사하기 위한 optical bench는 그림 2와 같이 구성하며 괄호안의 수치는 cm로 표시된 대략 위치를 나타낸다.
(63) L3= +50 mm (57.5) Screen with scale (38.5) Analyzer (24.5) L2= +300 mm
(16.5) Fabry-perot etalon (9) L1 = +50 mm (4) Iris diaphragm (0) Drill
Cd-spectral lamp Rotating table
그림2. Arrangement of the optical components.
(5) Iris diaphragm은 처음 조정하는 동안과 longitudinal(종) Zeeman effect를 관찰하는 동안은 사용하지 않지만, transverse(횡) Zeeman effect를 관찰하는 동안에는 Iris diaphragm에 Cd- 램프를 비추어 광원으로 사용한다.
(6) 렌즈 L2는 1/100mm의 정확도의 눈금이 표시된 스크린 면내에 고리모양의 간섭무늬를 만 들어낸다. 이때 이 고리 무늬는 L3를 통해 관찰되고, 고리반경은 눈금자의 “0”을 나 타내는 slash의 변위로 측정할 수가 있다. 이때 눈금은 반드시 완전히 어두운 곳에서 플래쉬 램프를 이용하여 읽어야 한다.
** 초기 조정은 아래와 같은 방법으로 조절한다.
(1) 전자석, pole-shoes, Cd-램프가 부착된 회전 테이블 지지 블록을 사용하여 16cm의 높 이로

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