현대물리학 실험 - 제만 효과(Zeeman Effect)

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현대물리 실험 - 제만 효과(Zeeman Effect)
1.관련개념
: bohr의 원자모델, 에너지준위의 양자화, 전자스핀, Bohr\' magneton, 전자기파, Ferot 간섭계, 편광
2. 실험목적
:자기장속에서의 빛의 스펙트럼선을 관찰하여 Transverse 및 longitudinal Zeeman effect를 이해하고 bohr\' magneton의 값을 구한다.
3. 참고문헌
a. adrin C Melissions, \"Eeperimets in modern Phsics\" Academic Press 1989, pp. 283-293
b. Stephen Gasiorowicz, \"Quatum Physics\" John Wiley & Sons, 1974, pp3
c. Arthur Beiser, \"Perspectives of Modern Physics\" McGrow-Hill Koakusba Ltd. 1969, pp. 210, 223, 244
4. 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
5. 실험장치의 구성
(1) 개요
Zeeman effect는 자기장속에서 원자들의 에너지 준위들이 갈라져 스펙트럼에서도 중심 스펙트럼 선이 쪼개져 line group으로 관찰되는 현상을 말한다.
Zeeman effect는 nomal 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 관찰할수 있다. 이때 자기장 방향으로 스펙트럼을 관찰하면 두 개의 쪼개진 스펙트럼 선이 관찰되며 자기장에 수직한 방향으로 스펙트럼을 관찰하면 세 개의 쪼개진 스펙트럼 선이 관찰된다. 그림 1에 Zeeman effect실험을 위해 구성한 실제 실험장치를 나타냈다.
그림1. Experimental set-up for the Zeeman effect.
(2)실험요점
i. Febry-perot interferometer와 self-made telescope를 사용하여 중심 스펙트럼 선이 주개의 σ-line으로 쪼개짐을 관찰하고, 자속밀도함수로서의 파수들을 측정한다.
ii. I의 결과로부터, Bohr\' magneton에 대한 값을 계산한다.
iii. 자기장 방향 내에서 방사된 빛이 정성적으로 조사된다.
(3) 장치 구성 및 절차
a. 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.
b. Cadmium 램프를 pole-shoes에 닿지 않도록

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현대물리학,   제만 효과(Zeeman Effect),   실험