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7/25/2019 Descripcin Del Experimento
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ESCUELA SUPERIOR POLITCNICA DECHIMBORAZO
FACULTAD DE CIENCIAS
ESCUELA DE FSICA Y MATEMTICAS
CARRERA DE BIOFSICA
ELECTIVA I: ESPECTROSCOPIA PTICA DEMATERIALES LUMINISCENTES
TRABAJO DE INVESTIGACIN: DESCRIPCINDEL EXPERIMENTO DE
STERN-GERLACH
No!"#: Diana Aguay
C$%&'o:496F#()*: El 04 de noviembre del 2015
DESCRIPCIN DEL EXPERIMENTO DE STERN-GERLACH
I+,"o%((&$+
Riobamba - Ecuador
2015
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Saber para Ser
El experimento de tern ! "erlac# $"% &ue reali'ado en
(r)nc&ort del *eno en 1922 por+tto tern y ,alt#er "erlac#
$.i.o/ 2012%
+tto tern &ue un alem)n/ e doctora en &iicoumica en la
3niveridad de relau en 1912$(ranc#ino/ *uglia/ ala'ar/ 7 / 2008%
Depu de la primera guerra mundial +ttotern e vio intereado en lo
experimento obre #ace moleculare de odio reali'ado en1911 por :oui
Dunoyer uien #aba demotrado ue lo ;rayo moleculare< de
odiovia=aban en lnea recta +tto tern penaba ue utili'ando tale #ace
e podan medirpropiedade eenciale de la materia y poner a prueba la
incipiente idea cu)ntica de lapoca $.i.o/ 2012% Durante la egunda
guerra mundial/ e exili> en lo Etado 3nido/ ypermanece all el
reto de u vida :e otorgan el premio ?obel de la &ica del a@o
194$(ranc#ino/ *uglia/ ala'ar/ 7 / 2008%
,alt#er "erlac# &ue un alem)n/ e doctora en &ica en la
3niveridad de BCbingen en1912 $(ranc#ino/ *uglia/ ala'ar/ 7 / 2008%
or u parte #aba reali'ado udoctorado traba=ando obre la emii>n
de cuerpo negro y el e&ecto &otoelctrico do de lopilare
b)ico de la mec)nica cu)ntica y #aba traba=ado poteriormente en el
dearrollo dela telegra&a in #ilo $.i.o/ 2012% Etudio la
&luorecencia y la propiedadeparamagntica de rayo moleculare de
bimuto Enva lnea de vapor de bimuto a travde un campo magntico
in#omogneo Deempe@o el cargo de =e&e de invetigacionenucleare
alemana durante parte de la egunda guerra mundial $(ranc#ino/
*uglia/ala'ar/ 7 / 2008%
En la poca de la reali'aci>n del experimento tern era
ayudante de invetigaci>n de *axorn en el 7ntituto de (ica
Be>rica de la 3niveridad de (r)nc&ort y "erlac# era
unayudante de invetigaci>n en el 7ntituto de (ica Experimental
de la mima univeridad$.i.o/ 2012% El experimento tard> m) de un
a@o en poder er dearrollado con xito dedeu concepci>n original
$(ranc#ino/ *uglia/ ala'ar/ 7 / 2008%
En 1920 lo do cient&ico e =untan para reali'ar un
experimento nuevo/ para probar laepacial de cuanti&icaci>n/
e decir/ i el momento angular de )tomo neutro o no ecuanti&ica
en preencia de un campo magntico externo $"ome " ietrocola */
2011%
En otra palabra la idea era de comprobar experimentalmente la
cuanti'aci>n del momentoangular de lo electrone del )tomo/
propueta por o#r y ommer&eld $(ranc#ino/ *uglia/ ala'ar/ 7 /
2008% 3tili'an un dipoitivo experimental ideado por tern ue ua#ace
de )tomo de plata/ con lo cuale ambo etaban acotumbrado a
traba=ar$(ranc#ino/ *uglia/ ala'ar/ 7 / 2008% u explicaci>n
ati&actoria no e alcan'ara#ata m) tarde/ con la introducci>n
del epn electr>nico/ potulado en 1925 por "oudmit y "E 3#lenbec/
para explicar el e&ecto Feeman an>malo $aunue la primicia
de
Decripci>n del experimento de tern- "erlac#
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Saber para Ser
la concepci>n/ por mee/ e deba a R Gronig/ uien in embargo
deitira de u idea porla de&avorable opini>n inicial #acia el
concepto expreada por auli% $Huantum(./ 2014%
(igura 1I $a%+tto
tern $b%,alt#er "erlac# $c%laca conmemorativa del experimento
colocada en la 3niveridad de (ran&urt en 200 (uenteI$(ranc#ino/
*uglia/ ala'ar/ 7 / 2008%
D#.("&/(&$+ %#0 #1/#"+,o %# S,#"+- G#"0*()
tern utili'a un peue@o #orno para evaporar )tomo de plata/ ue e
colimada de #a' parapenetrar en una regi>n con un campo magntico
producido por un electroim)n $ver (ig 2%Al &inal de la ruta ue
e encuentra en el electroim)n a una placa de vidrio/ donde
edepoitan lo )tomo de plata Bodo el aparato etaba dentro de una
c)mara de vaco$"ome " ietrocola */ 2011%
El e&ecto de ee campo obre un dipolo magntico e e=ercer una
&uer'a cuyo m>dulo ydirecci>n dependen de la
orientaci>n relativa del campo magntico repecto del dipolo
ore=emplo/ i el dipolo magntico e paralelo al campo magntico/
tiende a movere en ladirecci>n en la ue el campo magntico
aumenta/ mientra ue i el dipolo magntico eantiparalelo al campo
magntico e mover) en la direcci>n en la ue el campo
magnticodiminuya $37%
(igura 2I Diagrama del experimento tern- "erlac# (uenteI
$37%
Decripci>n del experimento de tern- "erlac#
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:a elecci>n del elemento umico de plata debido a ue eto ea
una #idrogenoide/ edecir/ ue tiene >lo un electr>n de
valencia/ y iendo m) &)cil la manipulaci>n de un #a'de )tomo
de #idr>geno $"ome " ietrocola */ 2011% En u etado
&undamental/ 46
electrone &ormando capa llena y un Jnico electr>n en el
nivel 5 E decir ue elmomento magntico de un )tomo de Ag e
proporcional al pin $momento angularintrneco% del electr>n
ubicado en el nivel 5 $Abal "/ 2008% Adem) ue el campomagntico
utili'ado neceita er &uertemente no #omogneo en la direcci>n
perpendicularal depla'amiento de la viga $"ome " ietrocola */
2011%
En el experimento de " e produce el campo magntico no #omogneo
dando a la pie'apolare la &orma ue e muetra en la &igura 2
En ete cao la intenidad del campomagntico aumenta en el entido K? i
lo )tomo #idrogenoide et)n e u etado&undamental/ el momento
angular orbital del electr>n e nulo $etado implica
nJmerocu)ntico l L 0% y todo el momento magntico/ e deber) al epn
El campo magnticodeviar) entonce el #a' at>mico egJn ea la
orientaci>n del momento dipolar magnticoMo/ lo ue e lo mimo/ la
orientaci>n del vector momento angular de epn/ $37%
?o le reult> &)cil llevarlo a cabo El #a' de )tomo de
plata $producido por e&ui>n delvapor met)lico producido en
un #orno calentado a 1000 N.% era colimado por do rendi=aetrec#a de
uno 00 mm y atraveaban una bobina magntica de 5 cm de longitud
conun campo magntico de una intenidad m)xima de 01 tela y un
gradiente m)ximo deuno 10 telaOcm :a deviaci>n de lo #ace
at>mico coneguida era tan >lo de 001 mm$.i.o/ 2012%
(igura I Die@o experimental (uenteI $(ranc#ino/ *uglia/ ala'ar/
7 / 2008%
El intrumento original ola etropeare una poca #ora depu de
iniciare el
experimento por lo ue tan >lo una &ina capa de )tomo de
plata eran depoito en elreceptor &inal .uando tern y "erlac#
obervaron el receptor no e vean tra'a de la platadepoitada pero a
medida ue exploraban la placa receptora eta empe'> a cubrire de
unmaterial ue motraba el pao del #a' Bal y como cuenta "erlac# en u
memoria la plataetaba reaccionando con lo vapore de mercurio ue
provenan de u repiraci>n y de locigarrillo ue &umaba
#abitualmente $.i.o/ 2012%
Decripci>n del experimento de tern- "erlac#
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ero pee a todo/ lograron demotrar in de=ar lugar a duda ue el
epn del electr>n erauna cantidad cuanti'ada $*igui/ 2009%
R#.0,*%o.
El reultado del experimento e ue el campo magntico no #omogneo
dedobla el #a'at>mico en do parte Eto muetra ue el epn del
electr>n >lo puede tener doorientacione repecto al campo
magnticoI paralelo o antiparalelo $37% Dic#o do)ngulo de
de&lexi>n del #a' $deviada bien #acia arriba o bien #acia
aba=o% producanmanc#a con la mima intenidad dibu=ando por la imetra
del problema una &igura en&orma de labio/ in ue ningJn
)tomo impactara en la 'ona central/ obre una
placa&otogr)&ica empleada como detector e decir el mimo
nJmero de )tomo e deviaba enla do direccione $ver &igura 2%
$Da'a E/ 2006%
:o reultado e preentan eta ve' acompa@ado por una imagen
$&oto% donde aparece laplata depoitada obre la placa de vidrio
depu de una revelaci>n $&otogr)&ica%/ para locao con y
in campo magntico Eta &oto &ue enviada en una potal a o#r/
donde,alt#er "erlac# lo &elicit> por la con&irmaci>n
de u teora - ver (ig 4 $Da'a E/ 2006% Ala i'uierda/ el #a' cuando
no #ay campo magntico externo/ El #a' ue tiene &orma deegmento/
incide con la mima &orma con la ue ale En la derec#a/ la imagen
cuando #aycampo magntico E una potal ue "erlac# mand> a ?iel o#r
para contarle ue uexperimento parecan demotrar la predicci>n de
o#r acerca del momento magntico delo )tomo $*igui/ 2009%
(igura 4I ublicacion enviado por ,alt#er "erlac# a ?iel o#r el P
de &ebrero de 1922/ ue muetra un cuadro dondeaparece la plata
depoitada en la tar=eta de vidrio depu de una revelaci>n
$&otogr)&ica%/ para lo cao in campo
$i'uierda% y el campo magntico $dereita % "erlac# ecribeI QAnexo
e una prueba experimental de cubani'aci>ndireccional Damo la
bienvenida a la con&irmaci>n de u teora
El experimento e #a repetido cambiando el tipo de )tomo o bien
empleando partculaubat>mica como electrone/ en todo lo cao
cuando no #ay campo e tiene una Jnicamanc#a en la placa
&otogr)&ica o detector/ cuando el campo magntico e activa e
obervala divii>n del #a' en do o m) rayo/ do para )tomo de
plata/ )tomo de odio oelectrone y tre para )tomo de elio o de Finc/
por e=emplo $Da'a E/ 2006%
Decripci>n del experimento de tern- "erlac#
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D&.(.&$+
En el experimento de " u valor debera er Lz= in embargo/ ete
reultado et) en
contradicci>n con lo ue e deduce de la &unci>n de onda
para el )tomo de #idr>geno/
L=0 En otra palabra/ el dedoblamiento en tern "erlac# no e
debido al
movimiento relativo del electr>n repecto al nJcleo :o
reultado ugieren la exitencia
de una nueva propiedad de naturale'a vectorial S / imilar al
momento angular/ cuya
componente en la direcci>n del campo magntico on1
2 y
12 $en unidade
at>mica% Eta nueva propiedad/ ue comJnmente llamamo epn/ o
por analoga
momento angular magntico intrneco o implemente momento magntico
intrneco/ euna propiedad &undamental de la partcula/ como lo on
u carga y u maa $3.+/ 2010%
El #ec#o de ue lo )tomo e deven Jnicamente #acia do )ngulo
&i=o/ y no #aciacualuier direcci>n/ e un e&ecto cu)ntico
3na partcula cl)ica puede orientar u momentomagntico en cualuier
direcci>n/ en &unci>n de u interacci>n con dic#o
campo/ pero unapartcula cu)ntica no .uando c#rSdinger reolvi> el
amiltoniano del )tomo de#idr>geno/ ya e aba ue la olucione ue
#aba obtenido eran olo una muy buenaaproximaci>n/ pero no la
olucione exacta De la ecuaci>n de c#rSdinger urgen nJmero
cu)ntico/ n/ : y m/ y &ue neceario potular el nJmero cu)ntico
de pin Do a@o
depu de ue c#rSdinger reolviera u ecuaci>n/ Dirac $192P%
reolvi> el amiltonianodel #idr>geno teniendo en cuenta
e&ecto relativita $3.+/ 2010% Dirac plante> laecuaci>n ue
lleva u nombre y ue repreenta el nacimiento de la mec)nica
cu)nticarelativita/ pue toma en conideraci>n a la relatividad/ y
de ea &orma/ aparece el epn delelectr>n de manera natural/
in ue #agan &alta conideracione eperpntica adicionale$*igui/
2009%
En la olucione obtenida aparecen de &orma natural el pin En
cualuier cao/ laolucione de Dirac tampoco on la olucione exacta
para el #idr>geno :a oluci>nexacta reuiere introducir en el
amiltoniano la interacci>n exitente entre lo momento
magntico orbital/ de pin y nuclear :a teora ue introdu=o ete
&en>meno e dearroll>en lo a@o 60 y e denomina
Electrodin)mica .u)ntica $3.+/ 2010%
S/&+ #0#(,"$+&(o
A partir del experimento de tern-"erlac#/ e potula el concepto
de pin electr>nico/de&inindoe u momento angular y el momento
angular total del )tomo Ete tratamiento
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no permite de&inir el concepto de Brmino Epectroc>pico/ a
partir del cual e poiblecontruir lo autntico nivele de energa del
)tomo $3.+/ 2010%
(igura 5I pin Electr>nico
:a experiencia tern y "erlac# aport> evidencia emprica
incuetionable obre la exitenciade un momento angular intrneco
cuanti'ado aociado a lo electrone $pin% ata #oy eutili'a en lo curo
introductorio de (ica para introducir y =uti&icar la noci>n
cu)nticade pin $Abal "/ 2008%
El nJmero de orientacione poible para el vector momento angular/
repecto de un e=e '/e igual a 2l T1 $independientemente de ue
tomemo l entero o emientero% i/ como#emo #ec#o/ llamamo al nJmero
cu)ntico de epn/ pueto ue Jnicamente tenemo doorientacione poible
repecto de una direcci>n ' $ue #acemo coincidir con el
campomagntico%/ deber) cumplire 2 T1 L 2 U L1O 2 $como potularon
"oudmit y
3#lenbec% Denominando m al nJmero cu)ntico correpondiente a la
componente 'delvector S / tendremo mL K1O2/ T1O2 En la pr)ctica
uele denominare nJmero cu)ntico
de epn a m $K1O2 y T1O2% y por e entiende el epn $1O2/ in igno%
:a magnitude delmomento angular de epn/ / y u componente '/ '/
vendr)n dada por $37%
S=s(s+1)=32(puestoque s=12 ) $1%
Sz=msdondems=1/2 $2%
El cao en el mL T1O2 m uele denominare ;pin up< $epn #acia
arriba% y cuando mLK1O 2 uele denominare ;pin doVn< $epn #acia
aba=o% Wer (ig 6
De acuerdo con la &igura 6/ la componente 'vendr) dada por
'L coX y por tanto/
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cos=Sz
S=
(12 )
(3
2)=1
3
$%
(igura 6I pin electr>nico pin up y pin doVn (uenteI $37%
B&!0&o'"*23*A!*0 G4 56674arado=a ER y deigualdade de
ellI YEn lneaZ &ebrero de 2008 Y.itadoelI 02 de noviembre de
2015Z #ttpIOOVVV&ingeduuyO[abalOtraba=oOtdetpd&C&Co4
56854,alt#er "erlac# YEn lneaZ 15 de abril de 2012 Y.itado elI 02
de noviembrede 2015Z
#ttpIOOgaleano=avVordprecomO2012O04O15OValt#er-gerlac#-2OD*9* E4
5664El Epn Electr>nico YEn lneaZ 2006 Y.itado elI 02 de
noviembre de 2015Z
#ttpIOOVVVdocenteunaleducoOareyevOdocOHB-epinpd&F"*+()&+o;
S4< M'0&*; J4
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#ttpIOOVVVucoeOorgani'aOdepartamentoOuimica-&iicaOuimica-&iicaOHui(iO:6]H(]10]11pd&UJI4BE*A
4 E? E:E.BR_?7.+ YEn lneaZ Y.itado elI 02 de noviembre de 2015Z
#ttpIOOVVVu=ieO[ra=adellOindex]&ileO7A2Otema4pd&
Decripci>n del experimento de tern- "erlac#
