hrw41

41
Vöe o atomech
Lasery zaËaly slouûit jako novÈ zdroje svÏtla v mnoha v˝zkumn˝ch
laborato¯Ìch na celÈm svÏtÏ kr·tce potÈ, co byly v öedes·t˝ch lÈtech objeveny.
Dnes jsou ale lasery doslova vöudyp¯ÌtomnÈ, pouûÌv·me je jak pro p¯enos
hlasu a dat, tak pro vymϯov·nÌ, sva¯ov·nÌ, ale i ËtenÌ Ë·rov˝ch kÛd˘
v obchodech.Na fotografii je zachycena operace prov·dÏn· svÏtlem z laseru
vyveden˝m optick˝mi vl·kny.SvÏtlo z laseru, podobnÏ jako svÏtlo z vÏtöiny
jin˝ch zdroj˘, m· sv˘j p˘vod v emisi svÏtla atomy.»Ìm je tedy svÏtlo
z laser˘ tak zvl·ötnÌ
?
1080 KAPITOLA 41 VŠE O ATOMECH
41.1 ATOMYASVĚTKOLEMNÁS
Nazačátkudvacátéhostoletíještěřadapředníchvědcůpo-
chybovala o existenci atomů. Dnes již každý dobře infor-
movaný člověk věří, že atomyexistují a jsou základními
stavebními kamenyhmotného světa. Dnes dokonce mů-
žeme uchopit jednotlivé atomya posunovat s nimi. Tímto
způsobembylavytvořenakvantováhradbazúvodukap.40.
Můžemevníspočítatvšech48atomůželeza,kterénatomto
obrázku vytvářejí pravidelný kruh. Můžeme dokonce vy-
fotografovat jednotlivé atomyemitující světlo. Například
slabá modrá tečka uprostřed obr.41.1 pochází od světla
emitovanéhojedinýmatomembarya(přesnějijehoiontem)
uvězněnýmv„pasti“.
Obr.41.1 Modrý bod na fotografii odpovídá světlu emitova-
némujedinýmatomembarya(přesnějijehoiontem)uvězněným
v „pasti“ (Universityof Washington, USA). Zachycený iont je
nucenopakovaněemitovatsvětlopřikvantovémpřechodumezi
stejnou dvojicí energiových hladin. Tečka pak představuje aku-
mulovanou emisimnoha fotonů.
41.2 NĚKTERÉVLASTNOSTIATOMŮ
Zdálo byse, že podrobnosti atomové fyzikyjsou na hony
vzdálenynašemukaždodennímuživotu.Avšakuvažme,na-
koliknásledujícívlastnostiatomů—takzákladní,žeonich
přemýšlímejenmálokdy— ovlivňujínášzpůsobživota.
Atomy jsou stabilní. V podstatě všechnyatomy, které
vytvářejí náš hmatatelný svět, existovaly beze změny
miliardy let. Jak by svět vypadal, kdyby se všechny
atomyměnily, například po několika týdnech či měsí-
cích?
Atomy sesdružují.Atomyseslučujídostabilníchmo-
lekul.Mohousetakéseskupovatavytvářetpevnélátky.
Vatomupřevládápřevážněprázdnýprostor,přestomů-
žemestátnapodlaze—tvořenéatomy—anižbychom
jí propadli.
Tyto základní vlastnosti atomů mohou být vysvětleny po-
mocí kvantové fyziky stejně jako tři další méně známé
vlastnosti,kterévysvětlímevnásledujícíchodstavcích.
Atomylzeseřaditsystematicky
Obr.41.2ukazujepříkladopakujícísevlastnostiprvkůvzá-
vislosti na poloze prvku v periodické tabulce (dodatek G).
Jednáseografionizačníenergieprvků:zobrazujeenergii
nutnou k odejmutí nejslaběji vázaného elektronu z neut-
rálního atomu v závislosti na zařazení příslušného prvku
vperiodickétabulce.Pozoruhodnápodobnostchemických
a fyzikálních vlastností prvků, nacházejících se ve stej-
nýchsloupcíchperiodickétabulky,dostatečnědokazuje,že
atomyjsousestavenynazákladěsystematickýchpravidel.
Prvkyjsouvperiodickétabulceuspořádánydošestivo-
dorovnýchperiod; kromě první začíná každá z period na-
levovysocereaktivnímalkalickýmkovem(lithium,sodík,
draslík atd.) a končí napravo chemickyinertním vzácným
plynem (neon, argon, krypton atd.). Chemické vlastnosti
prvků objasňuje kvantová fyzika. Počty prvků v jednotli-
výchšestiperiodáchjsounásledující:
2, 8, 8, 18, 18, 32.
Tyto hodnoty kvantováfyzikarovněžpředpovídá.
Atomyemitujíaabsorbujísvětlo
Jižjsmepoznali,žeatomymohouexistovatpouzevdiskrét-
níchkvantovýchstavech,kterýmpakpříslušíurčitáenergie.
Atommůžepřejítzjednohostavudodruhéhozasoučasné
emise světla (při přechodu na nižší energiovou hladinu),
neboabsorpcesvětla(připřechodunavyššíhladinu).Frek-
vencesvětlaf jedánatzv.Bohrovoufrekvenčnípodmín-
kou, postulovanou Bohrem ještě před příchodem moderní
kvantovéfyziky:
hf = E
v
−E
n
(Bohrova frekvenční podmínka). (41.1)
ZdeE
v
jeenergievyššíhokvantovéhostavu,E
n
jeenergie
nižšího kvantového stavu pro daný přechod, hf je energie
fotonu emitovanéhoneboabsorbovanéhosvětla.
Problém určení frekvence světla vyzářeného nebo po-
hlcenéhoatomemsetakredukujenaproblémnalezeníener-
giekvantovýchstavůatomu.Kvantováfyzikanám,alespoň
vprincipu,umožňujetytoenergievypočítat.
41.2 NĚKTERÉ VLASTNOSTI ATOMŮ 1081
Obr.41.2 Závislost ionizač-
ních energií prvků na jejich
atomových číslech ukazuje, že
vlastnosti prvků se pravidelně
opakují v šesti vodorovných
řádcích periodické tabulky
prvků. V grafu jsou rovněž
uvedenypočtyprvků v jed-
notlivých řádcích periodické
soustavy.
ionizační
e
ner
g
ie
(eV)
atomovéčísloZ
0
5
10
10
15
20
20
25
30 40 50 60 70 80
28 8 18 18 32
H
He
Li
Ne
Na
Ar
K
Rb
Kr
Xe
Cs
Rn
Atomymajímomenthybnosti
avlastnímagnetismus
Na obr.41.3 je znázorněna záporně nabitá částice (elek-
tron) obíhající po kruhové dráze kolem nehybného středu
(jádraatomu).Zečl.32.4víme,žeobíhajícíčásticemájak
moment hybnosti L, tak magnetický dipólový moment µ
(protože je ekvivalentní malé proudové smyčce). Jak uka-
zuje obr.41.3, jsou oba vektory L a µ kolmé na rovinu
dráhy, ale vzhledem k zápornému znaménku náboje mají
opačnýsměr.
r
z
L
v
µ
m,−e
Obr.41.3 Klasickýmodelatomuznázorňuječásticiohmotnosti
m a s nábojem −e pohybující se rychlostí v po kružnici o po-
loměru r. Pohybující se částice má moment hybnosti L daný
vztahem r × p, kde p je její hybnost mv. Pohyb nabité částice
po uzavřené kruhové dráze je ekvivalentní proudové smyčce,
se kterou je spojen magnetický dipólový moment µ, mířící do
opačného směrunež L.
Modelzobr.41.3ječistěklasickýanevyjadřujepřesně
chováníelektronuvatomu.Vkvantovéfyzicebyltentomo-
del pevné dráhynahrazen pravděpodobnostním modelem,
nejlépe znázorněným pomocí bodového grafu z čl. 40.7.
Ivkvantovéfyzicevšakstáleobecněplatí,žekaždýkvan-
tový stav elektronu v atomu má určitý moment hybnosti L
amagnetickýdipólovýmomentµ,kteréjsouopačněorien-
továny.Tyto vektorovéveličiny jsouspolusvázány.
Einsteinův-deHaasůvpokus
Vroce1915,mnohemdřívenežbylaobjevenakvantováfy-
zika,AlbertEinsteinaholandskýfyzikW.J.deHaasusku-
tečnili chytrý pokus navržený tak, aby potvrdil existenci
vzájemnévazbymezimomentemhybnostiamagnetickým
dipólovým momentemjednotlivýchatomů.
Einstein a de Haas zavěsili železný válec na tenké
vlákno, jak ukazuje obr.41.4a. Kolem válce pak umístili
solenoid, který se však válce nedotýkal. Zpočátku míří
magnetické dipóly µ atomů ve válci náhodně do všech
směrů, takže se jejich magnetický účinek navenek vy-
ruší(obr.41.4a).Jakmileovšemzačnesolenoidemprotékat
proud(obr.41.4b)avytvořísetakmagneticképoleBorien-
tované rovnoběžně s osou válce, zorientují se magnetické
dipólyatomů železa tak, abyzaujalysměr daný polem B.
Pokud je moment hybnosti L opravdu svázán s magnetic-
kýmdipólovýmmomentemµ,paktotonatočenímagnetic-
kých dipólů ve směru vnějšího magnetického pole B musí
mít za následek natočení momentů hybnosti jednotlivých
atomůželezavopačnémsměru,nežjesměrtohoto pole.
Na válec na počátku nepůsobí momentyvnějších sil;
moment hybnosti válce si musí zachovat svou počáteční
nulovou hodnotu. Zapneme-li však pole B, natočí se vůči
němu momentyhybnosti atomů nesouhlasně a tím udě-
lují válcijako celkujistývýsledný nenulovýmoment hyb-
nosti(orientovanýdolůnaobr.41.4b).Abyovšemcelkový
1082 KAPITOLA 41 VŠE O ATOMECH
moment hybnosti zůstal zachován (a byl roven původní,
tedynulové hodnotě),začneseválecotáčetkolem svéosy
tak,abyměl momenthybnosti opačnéhosměru(tj. nahoru
v obr.41.4b).
tenkévlákno
železný
válec
cívka
(a)(b)
B
B=0
µ µ
Obr.41.4 Uspořádání Einsteinova-de Haasova pokusu. (a) Na
počátku je magnetické pole v železném válci nulové a vektory
magnetického dipólového momentu µ jednotlivých atomů jsou
náhodněorientovány.Momenty hybnostiatomů(nejsouzakres-
leny) mají opačný směr než vektory magnetických dipólů jed-
notlivýchatomů,ajsoutedyrovněžorientoványnáhodně.(b)Po
zapnutí magnetického pole B ve směru osyválce se jednotlivé
magnetické dipólové momentyuspořádají paralelně s B,což
znamená,žemomentyhybnostiseuspořádajívesměruopačném
k B. Protože na válec na počátku nepůsobí vnější moment sil,
zachovává se jeho celkový moment hybnosti a válec jako celek
se musí začítotáčetkolem své osysměrem,který je na obrázku
vyznačen.
Kdybynebylovlákna,otáčelbyseválectakdlouho,do-
kudbybylopřítomnomagneticképole.Kroucenímvlákna
sevšakbrzyvytvoříkroutivýmoment.Tenzanedlouhootá-
čeníválcezastavíazačneválcemotáčetvopačnémsměru;
přitom se vlákno narovnává. Vlákno se bude kroutit a na-
rovnávat, jak se válec bude otáčet kolem své rovnovážné
polohy v harmonickémpohybu jakotorzníkyvadlo.
Pozorování rotace válce prokázala, že moment hyb-
nosti a magnetický dipólový moment atomu jsou opačně
orientované. Navíc prokázala, že moment hybnosti spo-
jený s mikroskopickými atomárními systémy může mít za
následekviditelnourotaciobjektuběžnévelikosti.
41.3 SPINELEKTRONU
Jak jsme se již zmiňovali v čl.32.4, má elektron, atquoteright uvěz-
něný v atomu nebo volný, svůj vnitřní spinový moment
hybnostiS,častonazývanýjednodušespin.(Připomeňme
si,ževnitřnízdeznamená,že S jezákladnícharakteristika
elektronu,stejnějakojehohmotnostaelektrickýnáboj.)Jak
ukážemev dalšímodstavci,jevelikost S kvantovánaa zá-
visínaspinovémkvantovémčísles,kteréjeproelektrony
rovno vždy
1
2
(a stejně tak pro protonya neutrony). Navíc
isložkaspinuměřenápodéllibovolnězvolenéosyjekvan-
tována a závisí na hodnotě kvantovéhospinovéhomag-
netickéhočíslam
s
,kterámůžebýt pouze+
1
2
,nebo−
1
2
.
Existenci spinu elektronu postulovali dva holandští
doktorandi Georg Uhlenbeck a Samuel Goudsmit na zá-
kladěstudiaspekteratomů.Kvantověmechanickézáklady
spinuelektronupoložilažoněkolikletpozdějianglickýfy-
zikP.A.M.Dirac,kterývroce1929vytvořilrelativistickou
kvantovouteoriielektronu.
Je velmi lákavé představovat si elektron jako malou
kuličkuaspinjakoprojevjejírotacekolemvlastníosy.Tato
klasickápředstavavšakneodpovídáskutečnosti,stejnějako
nelzebrátdoslovněklasickýmodelorbitelektronu.Vkvan-
tovéfyzicejeasinejlepšípovažovatspinovýmomenthyb-
nosti za měřitelnou vnitřní vlastnost elektronu; spin prostě
nelzespojovatsnějakýmmechanickýmmodelem.
Tab.41.1 uvádí čtyři kvantová čísla n, l, m
l
a m
s
,
která určují kvantové stavyelektronu ve vodíkovém ato-
mu. Stejná kvantová čísla rovněž charakterizují dovolené
stavyelektronui vevíceelektronovýchatomech.
Tabulka41.1 Stavyelektronuvatomu
KVANTOVÉ ČÍSLO SYMBOL DOVOLENÉ HODNOTY VYJADŘUJE
hlavní n 1,2,3,… vzdálenost od jádra
orbitální l 0,1,2,3,…,(n−1) orbitální momenthybnosti (velikost)
magnetické orbitální m
l
0,±1,±2,…,±l orbitální momenthybnosti (z-ová složka)
magnetické spinové m
s
±1/2 spinový momenthybnosti (z-ová složka)
Všechnystavyse stejnouhodnotou n tvoříslupku.
Veslupceje 2n
2
stavů.
Všechnystavyse stejnouhodnotou n a l tvořípodslupku.
Všechnystavyv jednépodslupcemajístejnouenergii.
Vpodslupceje 2(2l+1)stavů.
41.4 MOMENTY HYBNOSTI AMAGNETICKÉ DIPÓLOVÉ MOMENTY 1083
41.4 MOMENTYHYBNOSTI
AMAGNETICKÉDIPÓLOVÉ
MOMENTY
S každým kvantovým stavem elektronu v atomu je spojen
orbitální moment hybnosti a jemu odpovídající orbitální
magnetický dipólový moment. Každý elektron, atquoteright už vá-
zaný nebo volný, má spinový moment hybnosti a odpo-
vídající spinový magnetický dipólový moment. Nejdříve
probereme každou z těchto veličin odděleně a poté jejich
možnékombinace.
Orbitálnímomenthybnostiaorbitální
magnetickýdipólovýmoment
Velikost L orbitálního momentu hybnosti L elektronu
vatomujekvantována;toznamená,žemůženabývatpouze
hodnotyzurčitéhodiskrétníhosouboru.Tytohodnotyjsou
L = h
radicalbig
l(l+1), (41.2)
kde l je orbitální (nebo také vedlejší) kvantové číslo. Po-
dle tab.41.1 musí být l budquoteright nula, nebo kladné celé číslo
nejvýšerovnén−1.Napříkladprostavsn = 3jsouprol
dovolenypouzehodnoty l = 2,l = 1al = 0.
Zvolme v prostoru libovolný směr a označme jej jako
osuz.Ukazujese,žeprůmětorbitálníhomomentuhybnosti
do osy z je kvantován: složka L
z
může nabývat pouze
hodnotdanýchvztahem(32.9)
L
z
= m
l
h, (41.3)
kde m
l
je magnetické kvantové číslo z tab.41.1. Na
obr.41.5 je znázorněno pět možných hodnot složek L
z
orbitálního momentu hybnosti elektronu s l = 2ataké
příslušné orientace momentu hybnosti L. (Obrázek je po-
někud zavádějící — jakmile jsme určili složku vektoru L
ve zvoleném směru, jsou jeho složkyv jiných směrech
neurčené.) Pro danou hodnotu l existuje 2l + 1 různých
možných hodnot m
l
. Omezení kladené kvantovou fyzikou
navelikostisložkyL
z
senazýváprostorovékvantování.
Jak víme z čl.32.4, je s orbitálním momentem hyb-
nosti spojen orbitální magnetický dipólový moment. Oba
momentyjsousvázányrov.(32.8).Je-litedykvantovánor-
bitální moment hybnosti, musí být kvantován rovněž or-
bitální magnetický dipólový moment. Speciálně pro jeho
z-ovou složkuplatí(rov.(32.11))
µ
orb,z
=−m
l
µ
B
. (41.4)
Obr.41.5 Dovolené hodnoty
L
z
elektronu v kvantovém
stavu s l = 2. Ke každému
orbitálnímu momentu hybnosti
L na obrázku existuje vektor
směřující do opačného směru,
který představuje orbitální
magnetický dipólový moment.
z
L
L
z
=+2h
+h
0
−h
−2h
l=2
L=
√
6h
V tomto vztahu je m
l
magnetické orbitální kvantové
čísloztab.41.1a µ
B
jeBohrůvmagneton(rov.(32.5))
µ
B
=
eh
4D4m
=
eh
2m
= 9,274·10
−24
J/T
(Bohrův magneton), (41.5)
kdemjehmotnost elektronua e jevelikostjehonáboje.
Všimněmesi,žeL
z
aµ
orb,z
zrov.(41.3)a(41.4)mají
opačná znaménka. Orbitální moment hybnosti a orbitální
magnetickýdipólovýmomentelektronuvatomumajítotiž
opačnýsměr.Jetoproto,ženábojelektronujezáporný.
Pokud atom vložíme do magnetického pole B, bude
směrtohotopoleproatomzvláštěvýznamný.Zvolímeproto
vtomto směruosuz akní budemevztahovatorientacijak
magnetickéhodipólovéhomomentu,takisnímspojeného
momentuhybnosti(odtudtakénázevmagnetickékvantové
čísloprom
l
).
Spinovýmomenthybnostiaspinový
magnetickýdipólovýmoment
Velikost S spinového momentu hybnosti S libovolného
elektronu, atquoteright volného či vázaného, má jedinou hodnotu;
jedánavztahem
S = h
radicalbig
s(s+1) =
= h
radicalBig
1
2
parenleftbig
1
2
+1
parenrightbig
= 0,866h, (41.6)
kde s =
1
2
je spinové kvantové číslo elektronu. Stejně
jakov případěorbitálního momentuhybnostilzei prospi-
nový moment hybnosti určit pouze jednu jeho složku, a ta
je kvantována. Může nabývat pouze dvou hodnot podle
vztahu(rov.(32.3))
S
z
= m
s
h, (41.7)
1084 KAPITOLA 41 VŠE O ATOMECH
kde m
s
, spinové magnetické kvantové číslo v tab.41.1; je
rovno+
1
2
,nebo−
1
2
.
Podobnějakovpřípaděorbitálníchmomentůjsouispi-
novémomentysvázány,atorov.(32.2).Protoi z-ovásložka
spinového magnetického dipólového momentu je kvanto-
vánaanabývádvouhodnot podlevztahu(rov.(32.4))
µ
s,z
=−2m
s
µ
B
. (41.8)
Na obr.41.6 jsou znázorněnydva možné průmětyspino-
vého momentu hybnosti a průměty spinového magnetic-
kého dipólovéhomomentuhybnostido osyz.
z
S
µ
s
µ
s,z
=+µ
B
µ
s,z
=−µ
B
s=
1
2
S
z
=+
1
2
h
S
z
=−
1
2
h
S=
√
3
2
h
Obr.41.6 Dovolené hodnoty S
z
a µ
z
elektronu.
Povšimněmesi,žerov.(41.8)popisujícíspinovýmag-
netickýdipólový momentseodrov.(41.4)popisujícíorbi-
tálnímagnetickýdipólovýmoment lišífaktorem2.*
K
ONTROLA 1:Elektronsenacházívkvantovémstavu,
vekterémvelikostjehoorbitálníhomomentuhybnosti
L je 2h
√
3. Kolik je dovolených projekcí orbitálního
magnetickéhodipólovéhomomentu?
Skládáníorbitálníchaspinových
momentůhybnosti
V atomu, který obsahuje více než jeden elektron, definu-
jeme celkový moment hybnosti J jako součet momentů
* Pokročilejší formulace kvantové mechaniky,kvantováelektrody-
namika,předpovídá,žefaktor„2“vrov.(41.8)jeveskutečnostiroven
2,00231930476. Tato hodnota byla rovněž experimentálně naměře-
na. V rámci přesnosti měření souhlasí získaná hodnota s teoretickou
předpovědí.
hybnosti jednotlivých elektronů, a to momentů jak orbi-
tálních, tak spinových. Počet elektronů (a počet protonů)
v neutrálním atomu je rovenatomovémučíslu(zvanému
téžnábojovéčíslo)Z.Pro atomplatí
J = (L
1
+L
2
+L
3
+…+L
Z
)+
+(S
1
+S
2
+S
3
+…+S
Z
). (41.9)
Obdobněicelkovýmagnetickýdipólovýmomentmno-
haelektronového atomu obdržíme jako vektorový součet
jednotlivých magnetických dipólových momentů všech
elektronů(jakorbitálních,takspinových).Vzhledemkfak-
toru 2 v rov.(41.8) však nebude výsledný magnetický di-
pólovýmomentatomusměřovatvesměruvektoru−J,ale
bude s ním svírat jistý úhel. Průmět součtu magnetických
dipólových momentů elektronů do směru vektoru −J na-
zývámeefektivnímagnetickýdipólovýmomentµ
ef
atomu.
Jak uvidíme v následujícím odstavci,v typických ato-
mech je vektorový součet orbitálních momentů hybnosti
a spinových momentů hybnosti většiny elektronů nulový.
Pak J a µ
ef
u takových atomů jsou způsobenypoměrně
malýmpočtemelektronů—častojedinýmvalenčnímelek-
tronem.
Obr.41.7zobrazujeklasickýmodel,kterýnámpomůže
představitsiprostorovékvantovánívektorůcelkovéhomo-
mentu hybnosti J a efektivního magnetického dipólového
momentu µ
ef
.Obanavzájemsvázanévektoryrotujíkolem
osy z tak, že opisují pláštquoteright kužele; tento pohyb se nazývá
precese.Průmětvektorů J a µ
ef
doosyz sevšakpřitomto
precesnímpohybunemění.
Obr.41.7 Klasický model znázorňuje
vektor celkového momentu hybnosti J
a vektor efektivního magnetického
momentu µ
ef
vykonávající precesní
pohyby kolem osy z, určené slabým
vnějším magnetickým polem. Oba
vektorystále svírají s osou z úhel θ,
takže průměty J a µ
ef
do osy z
zůstávají konstantní po celou dobu
precese.
z
µ
ef
µ
ef,z
J
J
z
θ
Preceseaprincipneurčitosti
Heisenbergův princip neurčitosti přináší omezení klasic-
kéhomodeluzobr.41.7.V polárníchsouřadnicíchplatí
Delta1J
z
Delta1ϕ ≈ h, (41.10)
41.5 STERNŮV-GERLACHŮV POKUS 1085
kdeϕ jeúhelrotacekolemosyznaobr.41.7.To,žesložka
J
z
zůstává po celou dobu pohybu konstantní, znamená, že
Delta1J
z
= 0. Z rov.(41.10) pak vyplývá, že by Delta1ϕ muselo
růst nad všechnymeze. To znamená, že i když je součet
J
2
x
+J
2
y
konstantní, nemůžeme jednotlivé složky J
x
a J
y
změřit.Můžemeshrnout:
Měřitelné jsou jen průměty vektorů J a µ
ef
do směru
vnějšíhomagnetickéhopole.
41.5 STERNŮV-GERLACHŮVPOKUS
V roce 1922 Otto Stern a Walter Gerlach z univerzity
vHamburkuexperimentálněověřiliprostorovékvantování.
Tehdyještě nebyla kvantová mechanika rozvinutá a po-
jemspinuelektronunebylzaveden.Bylo alejižznámo,že
atomymnoha prvků mají vlastní moment hybnosti a mag-
netickýdipólovýmoment;rovněžbylavyslovenahypotéza
prostorovéhokvantování.
Na obr.41.8 je schematickyznázorněno uspořádání
Sternova-Gerlachova pokusu. V elektrické pícce se vypa-
řuje stříbro; jednotlivé atomystříbra vycházejíúzkou štěr-
binou ve stěně píckydo evakuovaného prostoru. Některé
z atomů (které jsou elektrickyneutrální, ale mají vlastní
magnetický moment) procházejí úzkou štěrbinou v dalším
stínítku (nazývaném kolimátor) a vytvářejí úzký svazek.
Tenprocházímezipólovýminástavcielektromagnetuana-
nášívrstvu stříbranaskleněnédetekčnídesce.
pícka
kolimátor
elektromagnet
skleněná
detekčnídeska
S
J
z
Obr.41.8 Zařízení,nakterémSternaGerlachvroce1922pro-
kázali prostorové kvantování. Celý přístroj se nachází ve va-
kuové aparatuře.
Magnetickýdipólvnehomogenním
magnetickémpoli
Trochuodbočímeapokusímesezjistit,jakésílypůsobína
atomystříbravmístěpólovýchnástavců,kterémajítakový
tvar,abyvytvářely silněnehomogenní magneticképole.
Na obr.41.9a je zobrazen magnetický dipól µ svíra-
jící úhel θ s homogenním magnetickým polem. Můžeme
si představit, že dipól má severní a jižní pól a jeho mag-
netický dipólový moment směřuje (podle konvence) od
jižníhoksevernímupólu.Vpřípaděhomogenníhomagne-
tického pole je výsledná síla působící na dipól rovna nule.
Síly F
S
aF
J
zobr.41.9a,kterépůsobínaseverníajižn