Chapitre 25 • Physique atomique
25.6 Raie à 21 cm de l’hydrogène
Déterminer les niveaux d’énergie qu’acquiert l’électron de l’atome d’hydrogène dans
son état fondamental quand on tient compte de l’interaction entre son moment magnétique de spin et le champ
#–
B produit par le moment magnétique de spin #–
m p du noyau ;
en déduire la longueur d’onde de la transition radiative entre ces niveaux et commenter.
On donne :
espace
#–
B ( #– r )·|c 1 0 0 ( #– r )|
2 ·dt = (2·m 0 / 3)·|c 1 0 0 (
#–
0 )|
2 · #–
m p .
25.7 Table de Mendeleïev
Sans regarder la table de Mendeleïev, chercher combien de colonnes ont respectivement
la ligne 5 et la ligne 6.
25.8 Niveau spectroscopique fondamental du nickel
Écrire la configuration de l’atome Ni (Z = 28) puis, pour cette configuration, celui
des termes {
3 P,
1 D,
3 F,
1 G,
1 S} qu’a l’état fondamental, et enfin le niveau (L,S,J)
fondamental.
25.9 États 2p de l’hydrogène dans un champ magnétique fort
a) Écrire, en fonction des moments cinétiques orbital et de spin de l’électron, la contribution magnétique DE à l’énergie quand l’atome H est placé dans un champ magnétique
#–
B assez fort pour rendre négligeables les effets de structure fine.
b) Exprimer, en valeur absolue, le plus petit écart dE entre les valeurs possibles de
DE pour les états 2p.
c) Pour quel B l’effet du champ l’emporte-t-il sur la contribution de structure fine ?
25.10 Effet Zeeman normal sur une raie du mercure
La raie d’émission du mercure, de longueur d’onde l 0 ≈ 1 849 Å et de fréquence n 0 ,
correspond à la transition entre le niveau 6
1 P 1 , d’énergie E 1 , et le niveau 6
1 S 0 , d’énergie
E 0 . On se propose d’étudier l’effet d’un champ magnétique
#–
B .
a) Que deviennent les niveaux E 0 et E 1 ?
b) Exprimer la fréquence de chacune des transitions entre un niveau issu de E 1 , et un
niveau issu de E 0 .
c) Calculer le champ B nécessaire pour observer l’écart entre les raies extrêmes avec
un spectromètre de résolution Dn ≈ n 0 / R avec R ≈ 20 000.
510
“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 510 — #520
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25.6 Raie à 21 cm de l’hydrogène
Déterminer les niveaux d’énergie qu’acquiert l’électron de l’atome d’hydrogène dans
son état fondamental quand on tient compte de l’interaction entre son moment magnétique de spin et le champ
#–
B produit par le moment magnétique de spin #–
m p du noyau ;
en déduire la longueur d’onde de la transition radiative entre ces niveaux et commenter.
On donne :
espace
#–
B ( #– r )·|c 1 0 0 ( #– r )|
2 ·dt = (2·m 0 / 3)·|c 1 0 0 (
#–
0 )|
2 · #–
m p .
25.7 Table de Mendeleïev
Sans regarder la table de Mendeleïev, chercher combien de colonnes ont respectivement
la ligne 5 et la ligne 6.
25.8 Niveau spectroscopique fondamental du nickel
Écrire la configuration de l’atome Ni (Z = 28) puis, pour cette configuration, celui
des termes {
3 P,
1 D,
3 F,
1 G,
1 S} qu’a l’état fondamental, et enfin le niveau (L,S,J)
fondamental.
25.9 États 2p de l’hydrogène dans un champ magnétique fort
a) Écrire, en fonction des moments cinétiques orbital et de spin de l’électron, la contribution magnétique DE à l’énergie quand l’atome H est placé dans un champ magnétique
#–
B assez fort pour rendre négligeables les effets de structure fine.
b) Exprimer, en valeur absolue, le plus petit écart dE entre les valeurs possibles de
DE pour les états 2p.
c) Pour quel B l’effet du champ l’emporte-t-il sur la contribution de structure fine ?
25.10 Effet Zeeman normal sur une raie du mercure
La raie d’émission du mercure, de longueur d’onde l 0 ≈ 1 849 Å et de fréquence n 0 ,
correspond à la transition entre le niveau 6
1 P 1 , d’énergie E 1 , et le niveau 6
1 S 0 , d’énergie
E 0 . On se propose d’étudier l’effet d’un champ magnétique
#–
B .
a) Que deviennent les niveaux E 0 et E 1 ?
b) Exprimer la fréquence de chacune des transitions entre un niveau issu de E 1 , et un
niveau issu de E 0 .
c) Calculer le champ B nécessaire pour observer l’écart entre les raies extrêmes avec
un spectromètre de résolution Dn ≈ n 0 / R avec R ≈ 20 000.
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