O Dubleto do Sódio

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O dubleto do Sódio[pic 4]

Figura 1: Conjunto instrumental

Os níveis de energia de um átomo de hidrogênio calculados pela equação de Schrödinger são somente função do número quântico n, sendo proporcionais a 1/n2. Isto implica que transições ocasionadas pela excitação da nuvem eletrônica produzirão um espectro cujas linhas serão únicas. Porém, a análise experimental dos espectros revela que estes possuem uma estrutura fina, na qual cada linha é formada por linhas de comprimento de onda separadas por alguns Angstroms. Tal observação foi somente explicada em 1925 por S.A. Goudsmit e G.E. Uhlenbeck. Eles sugeriram que o elétron possui um momento angular intrínseco chamado spin e um momento magnético associado a este. A estrutura fina é explicada então como sendo o resultado da interação magnética entre o momento angular de spin e o momento angular orbital, fenômeno que estudaremos neste experimento.

Roteiro para a introdução

1. O que é um dubleto?

1. O Na tem 11 elétrons. Escreva a configuração eletrônica do sódio.

1. Escreva a configuração eletrônica do Na em função do Neônio (Ne gás nobre) + elétrons.

1. O que é spin do elétron?

1. Qual é o momento angular de um fóton?

1. Escreva        sobre        o        momento        angular        de        spin,        momento        angular        orbital        e acoplamento spin-órbita.

1. O que é o acoplamento spin-órbita? Qual sua origem física?

1. O que é o interferômetro de Fabry-Perot?

Experimento

1. Ligue a lâmpada espectral de sódio. Esta lâmpada deve ficar ligada durante todo o tempo da experiência. Faça um desenho esquemático das montagens experimentais.

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1. Alinhe o espectrômetro ótico. Ajuste lentes e colimador até que você veja uma fenda bem nítida. Marque o zero na escala.

1. Coloque a rede de difração perpendicular ao ramo da objetiva.

1. Agora procure as raias da difração. Veja a raia dupla cor de laranja. Este é o dubleto do sódio. Meça as linhas do dubleto do sódio nas difrações de primeira e segunda ordem usando o espectrômetro. Meça para a esquerda e para a direita e encontre o ângulo médio para o qual aparece a raia dupla em primeira ordem. O comprimento de onda médio do dubleto se calcula pela equação:

d sinθ =nλ

na qual d é a distância entre linhas na rede de difração, Θ é o ângulo no qual aparece o dubleto e n é a ordem da difração.

Meça as linhas do dubleto do sódio nas difrações de primeira e segunda ordem usando o espectrômetro.

Ordem da difração	Cor e linha do dubleto	θ esquerdo	θ direito	λ médio (Å)

1. Ligue o Laser de He-Ne. Faça a luz do Laser incidir sobre a folha branca na parede passando pelos espelhos do interferômetro. Coloque a lente divergente entre o laser e o Fabry-Perot. Gire o micrômetro lateral do Fabry-Perot e observe como a luz do Laser oscila conforme se move o espelho móvel. Meça N = 100 oscilações da intensidade por aluno e veja quanto "andou" o micrômetro. Anote na tabela abaixo.

Medida	Número de oscilações	Medida no micrômetro
	100
	100
	100
	100

1. Cada oscilação completa significa que o espelho móvel andou λ/2. Fazendo d* a leitura de deslocamento no micrômetro e d o movimento real dos espelhos, cujo valor é Nλ/2 e conhecendo-se λ, pode-se gerar um fator de correção d/d* que deve ser multiplicado à leitura do micrômetro para uma medida mais precisa da separação do dubleto. Calcule a constante d/d* do interferômetro.

1. Agora observe a lâmpada de sódio pelo Fabry-Perot. Ajuste até obter os famosos anéis de interferência. Como as duas raias no laranja tem comprimento de onda levemente diferente, os anéis devido a uma raia aparecem geometricamente concêntricas com os anéis da outra raia. Girando o micrômetro é possível sobrepor estes anéis. Marque a leitura no micrômetro. A partir daí, gire o micrômetro até que as duas raias se sobreponham novamente. Marque este novo valor no micrômetro. Agora você sabe quanto "andou" o micrômetro de sobreposição em sobreposição. Calcule quanto "andou" o espelho móvel usando a constante do Fabry-Perot. Para a observação dos anéis concêntricos usaremos a webcam. Ative-a e posicione-a adequadamente. Utilize os recursos da câmera para melhorar a visualização.

1. A separação entre as duas raias do dubleto do sódio será dada pela equação:

Δ λ=λ

---

λ2

– λ =        médio        

1        2        2(d −d )

1        2

na qual λ é o comprimento de onda médio do dubleto que você mediu com o espectrômetro ótico e d1-d2 é o deslocamento real do espelho do Fabry-Perot de sobreposição em sobreposição. Calcule a separação entre as raias.

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