Эксперимент Штерна-Герлаха — объяснено просто и ясно скачать в хорошем качестве

Эксперимент Штерна-Герлаха — объяснено просто и ясно

Привет всем! Это видео об эксперименте Штерна-Герлаха. В этом эксперименте серебро нагревается в фурнисе до такой степени, что превращается в геджус. Несколько отдельных атомов серебра покидают фурнис через небольшой эпетчер в направлении неоднородного магнитного поля. За магнитным полем находится фотопластинка, на которой атомы серебра ударяются и оставляют отпечаток. В результате атомы серебра отклоняются вверх или вниз. Некоторые из вас могут подумать, что отклонение вызвано силой Лоренца. Однако в магнитном поле пролетают не положительно и не отрицательно заряженные частицы. Это полноценные атомы серебра с равным числом протонов и электронов. Следовательно, результирующая сила Лоренца на атомы серебра не действует. Давайте подробнее рассмотрим атомы серебра. Атом серебра имеет 47 электронов. Электроны находятся на разных энергетических уровнях. Уже заметно, что на каждом энергетическом уровне находится чётное число электронов, только один находится на самом высоком энергетическом уровне. Давайте подробнее рассмотрим электроны. Принцип Паули гласит, что никакие два электрона на одной оболочке не могут иметь полностью одинаковые квантовые числа. Главное квантовое число указывает на оболочку, на которой находится электрон, проще говоря, расстояние между электроном и ядром атома. Начнём с двух электронов на K-оболочке. Вторичное квантовое число (s, p, d или f) указывает форму орбитали, на которой электрон находится с вероятностью 90%. Магнитное квантовое число m указывает на ориентацию орбитали. На первый взгляд может показаться, что два электрона на K-оболочке одинаковы по всем квантовым числам. Но, согласно принципу Паули, это невозможно. Однако, если мы внимательно посмотрим на два электрона, мы заметим разницу. Последнее недостающее квантовое число электрона – спин – это то, что отличает эти два электрона. У левого электрона спин направлен вниз, а у правого – вверх. Эти два электрона, имеющие полностью идентичные квантовые числа, за исключением спина, называются спаренными электронами. Если взглянуть на электроны на других оболочках, можно увидеть, что они полностью состоят из спаренных электронов. Только на самой верхней оболочке находится один неспаренный электрон. Этот электрон может принимать оба спиновых состояния: со спином вниз или со спином вверх, не нарушая принципа Паули. Теперь вернёмся к нашему эксперименту. Как уже упоминалось, атомы серебра всегда пролетают через магнитное поле целиком. Теперь посмотрим, что происходит со всеми 46 спаренными электронами, когда они пролетают через магнитное поле. Спины двух электронов должны быть всегда противоположны. В противном случае они нарушили бы принцип Паули. До попадания в магнитное поле спины ориентированы во всех возможных направлениях. При попадании в магнитное поле спины выстраиваются вдоль магнитного поля. В этом случае спин левого электрона направлен в ту же сторону, что и магнитное поле, а спин правого электрона — в противоположную сторону. Атом, состоящий только из спаренных электронов, не отклоняется в магнитном поле. Но у атома серебра есть неспаренный электрон. Попадая в магнитное поле, он выстраивается либо в направлении северного, либо в направлении южного полюса. Наиболее важным является выравнивание до попадания в магнитное поле. Если выравнивание было изначально направлено к северному полюсу, спин в большинстве случаев полностью выровнен по северному полюсу. В этом случае на этот неспаренный электрон действует сила, направленная вверх. Таким образом, можно показать, что спин электрона обладает магнитным моментом и либо притягивается северным полюсом, как в этом примере, и отталкивается южным полюсом, отклоняясь вверх, либо, как во втором примере, в прямо противоположном направлении.