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Landé G-Faktor

1921
  • Alfred Landé
Laborszene mit einem Wissenschaftler, der ein Spektrometer für die Forschung im Bereich der Quantenmechanik analysiert.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Der Landé-g-Faktor ([latex]g_J[/latex]) ist eine dimensionslose Proportionalitätskonstante, die die Gesamtenergie eines Atoms in Beziehung setzt. magnetisches Moment zu seinem gesamten Drehimpuls im Schwachfeldlimit. Es ist entscheidend für die quantitative Erklärung der Anomalie. Zeeman-EffektSein Wert wird durch die Formel gegeben: [latex]g_J = 1 + frac{J(J+1) + S(S+1) – L(L+1)}{2J(J+1)}[/latex], wobei L, S und J die Quantenzahlen sind.

Der Landé-g-Faktor wurde 1921 von Alfred Landé eingeführt, noch bevor das Konzept des Elektronenspins vollständig formuliert war. Er diente als empirische Methode zur Beschreibung der experimentellen Daten des anomalen Zeeman-Effekts. Seine theoretische Begründung erfolgte später mit der Entwicklung der Quantenmechanik. Die Formel basiert auf dem Vektormodell des Atoms, in dem die Bahndrehimpulse ([latex]vec{L}[/latex]) und Spindrehimpulse ([latex]vec{S}[/latex]) aufgrund der Spin-Bahn-Kopplung schnell um ihren resultierenden Gesamtdrehimpulsvektor ([latex]vec{J}[/latex]) präzedieren. Die Wechselwirkung mit einem schwachen externen Magnetfeld verläuft deutlich langsamer. Daher interagiert das Feld effektiv mit dem zeitlich gemittelten magnetischen Moment, welches die Projektion des gesamten magnetischen Moments ([latex]vec{mu}_L + vec{mu}_S[/latex]) auf die Richtung von [latex]vec{J}[/latex] ist.

Der g-Faktor berücksichtigt im Wesentlichen die unterschiedlichen Verhältnisse von magnetischem Moment zu Drehimpuls für die Orbitalbewegung (g_L = 1) und den Spin (g_S ≈ 2). Wenn S = 0 ist, dann ist J = L, und die Formel liefert korrekterweise g_J = 1, was dem normalen Zeeman-Effekt entspricht. Wenn L = 0 ist, dann ist J = S, und die Formel liefert g_J = 2 (wobei in der Herleitung g_S = 2 anstelle von 1 verwendet wird), was reinen Spinsystemen wie der Elektronenspinresonanz entspricht. In allen anderen Fällen nimmt [latex]g_J[/latex] einen rationalen Wert zwischen 1 und 2 an und quantifiziert das komplexe Zusammenspiel zwischen Spin- und Orbitalbeiträgen zum Magnetismus des Atoms.

UNESCO Nomenclature: 2209
- Mechanik

Typ

Theoretisches Konzept

Störung

Grundlegendes

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • das Vektormodell des Atoms
  • das Konzept der Spin-Bahn-Kopplung
  • experimentelle Daten zum anomalen Zeeman-Effekt, die eine quantitative Erklärung erforderten
  • die Quantisierung des Drehimpulses im Bohr-Sommerfeld-Modell

Anwendungen

  • Quantitative Vorhersage anomaler Zeeman-Aufspaltungsmuster in der Spektroskopie
  • Elektronenspinresonanz (ESR) und Kernspinresonanz (NMR)-Analyse
  • Berechnung der magnetischen Suszeptibilität und anderer magnetischer Eigenschaften von Materialien
  • Quanteninformationsverarbeitung unter Verwendung atomarer Zustände
  • Bestimmung atomarer Termsymbole aus experimentellen Daten

Patente:

NA

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Verwandt mit: Landé-g-Faktor, g-Faktor, anomaler Zeeman-Effekt, Drehimpuls, Quantenzahlen, Spin-Bahn-Kopplung, magnetisches Moment, Spektroskopie, Atomphysik, Vektormodell.

Historischer Kontext

Landé G-Faktor

1919-05-29
1920
1920
1921
1924
1924
1925
1918
1920
1920
1921
1922
1924
1925
1926

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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