Effet Zeeman Normal et Anormal – 3B Scientific UE5020800
3B Scientific UE5020800 : expérience de physique atomique sur l’effet Zeeman normal et anormal, la structure hyperfine et le magnéton de Bohr avec étalon Fabry-Pérot.
Embouts distributeurs Fisherbrand (500µl à 50ml), disponibles en version stérile et non stérile, conformes ISO 8655. Conditionnements flexibles. Livraison en Tunisie avec AMSLABO.
Marque : 3B SCIENTIFIC
Disponible sur commande
3B Scientific UE5020800 – Expérience Effet Zeeman Normal et Anormal, Structure Hyperfine, Interféromètre de Fabry-Pérot et Magnéton de Bohr
Le kit 3B Scientific UE5020800 est une expérience complète de physique atomique conçue pour l’enseignement supérieur. Il permet d’étudier l’effet Zeeman normal et anormal sur les raies du cadmium, d’observer la structure hyperfine, d’introduire l’interféromètre de Fabry-Pérot et de déterminer expérimentalement le magnéton de Bohr, avec acquisition d’images par caméra microscope et logiciel d’analyse dédié.
Référence 3B Scientific : UE5020800-230 · Réf. article : 8001132 · Alimentation 230 V, 50/60 Hz (version 115 V disponible)
Un montage unique pour explorer la physique quantique de l’atome
Cette expérience 3B Scientific regroupe en un seul banc optique plusieurs expériences fondamentales de physique atomique et de spectroscopie, habituellement enseignées séparément. Elle couvre l’ensemble du parcours pédagogique, de l’effet Zeeman normal jusqu’à la détermination quantitative du magnéton de Bohr.
Effet Zeeman normal
Étude du dédoublement de la raie rouge du cadmium (λ = 643,8 nm) en doublet et triplet selon la configuration longitudinale ou transversale par rapport au champ magnétique.
Effet Zeeman anormal
Observation, sur la raie turquoise du cadmium (λ = 480 nm), de décalages spectraux inférieurs à 2 pm liés au spin de l’électron.
Structure hyperfine
Mise en évidence du dédoublement hyperfin de la raie turquoise dû à l’interaction entre le spin nucléaire des isotopes du cadmium et l’électron.
Interféromètre de Fabry-Pérot
Introduction théorique et pratique à l’étalon de Fabry-Pérot pour l’analyse d’anneaux d’interférence à haute résolution.
Magnéton de Bohr
Détermination expérimentale quantitative du magnéton de Bohr à partir des mesures d’anneaux d’interférence en fonction du champ magnétique appliqué.
Acquisition numérique
Caméra microscope BRESSER MikroCam SP 3.1 et logiciel Windows pour l’observation en direct et l’analyse quantitative par capture d’écran.
Effet Zeeman normal sur la raie rouge du cadmium
L’effet Zeeman normal est étudié à l’aide de la raie rouge du cadmium (λ = 643,8 nm), correspondant à une transition entre niveaux de spin total nul. Placée sous un champ magnétique externe variable, la raie spectrale se dédouble selon la géométrie d’observation choisie.
- Configuration longitudinale (parallèle au champ) via un perçage étagé dans la semelle polaire de l’électroaimant
- Configuration transversale (perpendiculaire au champ) pour l’observation directe du triplet
- Formation d’anneaux d’interférence lors du passage de la lumière à travers l’étalon de Fabry-Pérot
- Analyse de la polarisation linéaire et circulaire à l’aide d’un filtre polarisant et d’une lame quart d’onde
Un socle expérimental éprouvé
Cette partie du montage constitue également la base d’un module pédagogique autonome sur l’effet Zeeman normal, avant extension vers l’étude de l’effet anormal et de la structure hyperfine.
Un filtrage optique adapté
Le passage à l’effet Zeeman anormal nécessite une modification ciblée du montage initial, tout en conservant le même banc optique de précision.
Effet Zeeman anormal et structure hyperfine sur la raie turquoise
Pour observer l’effet Zeeman anormal, le montage est adapté avec un second étalon de Fabry-Pérot et un filtre passe-bande interférentiel étroit (largeur à mi-hauteur de 10 nm) qui remplace le filtre rouge.
- Résolution de décalages de raies inférieurs à 2 pm sur la raie turquoise (λ = 480 nm)
- Observation du dédoublement quartet et sextet en fonction du champ magnétique
- Mise en évidence de la structure hyperfine liée aux isotopes ¹¹¹Cd et ¹¹³Cd (spin nucléaire 1/2)
- Étude de la polarisation des composantes quartet et sextet
Interféromètre de Fabry-Pérot et détermination du magnéton de Bohr
Un interféromètre de Fabry-Pérot est constitué de deux miroirs plans parallèles, partiellement réfléchissants, séparés par une distance fixe : c’est l’étalon de Fabry-Pérot. Grâce aux interférences à ondes multiples, il offre une très haute résolution spectrale.
L’expérience UE5020800-230 exploite ce principe pour mesurer précisément les anneaux d’interférence en fonction du champ magnétique appliqué, et en déduire la valeur expérimentale du magnéton de Bohr, grandeur fondamentale de la physique quantique.
Une caméra dédiée à la mesure
La séparation des anneaux d’interférence est enregistrée à l’aide d’une caméra microscope BRESSER MikroCam SP 3.1 équipée d’un objectif 12 mm. Un filtre rouge placé sur l’objectif améliore le contraste et la profondeur de champ pour l’analyse des raies du cadmium. Le logiciel fourni permet l’observation qualitative en direct et l’analyse quantitative des images capturées.
Composition du kit 3B Scientific UE5020800-230
L’expérience est livrée complète, prête à être installée sur un banc optique de précision, avec l’ensemble des accessoires optiques, électriques et de mesure nécessaires.
- Lampe au cadmium avec accessoires (230 V ou 115 V)
- Étalon de Fabry-Pérot 644 nm
- Alimentation CC régulée linéaire, 1–30 V, 0–10 A
- Noyau en U et 2 bobines de 900 spires
- Accessoire électroaimant pour effet Zeeman
- Caméra microscope BRESSER MikroCam SP 3.1
- Objectif 12 mm pour caméra Bresser
- Tige en acier inoxydable, filetage ¼ pouce, 100 mm
- Filtre rouge monté sur support
- 2 lentilles convergentes sur tige, f = +100 mm
- Filtre quart d’onde sur tige
- Accessoire de polarisation et filtre polarisant sur tige
- Banc optique de précision D, 1000 mm, avec support et base
- Cavaliers optiques D (90/36 et 60/36) et cordons de sécurité
Caractéristiques techniques 3B Scientific UE5020800
| Caractéristique | Détail |
|---|---|
| Référence 3B Scientific | UE5020800-230 (Réf. article 8001132) |
| Alimentation | 230 V, 50/60 Hz (version 115 V disponible) |
| Source lumineuse | Lampe au cadmium (Cd) avec accessoires |
| Raie spectrale — effet Zeeman normal | Rouge, λ = 643,8 nm |
| Raie spectrale — effet Zeeman anormal / structure hyperfine | Turquoise, λ = 480 nm |
| Résolution en décalage de raie (effet anormal) | < 2 pm |
| Étalon Fabry-Pérot fourni | 644 nm (second étalon requis pour le montage anormal) |
| Filtre passe-bande interférentiel | Bande étroite, FWHM = 10 nm |
| Alimentation CC associée | 1–30 V, 0–10 A (230 V) / 0–20 V, 0–5 A (115 V) |
| Électroaimant | Noyau en U D + 2 bobines D, 900 spires, accessoire dédié Zeeman |
| Caméra d’acquisition | Microscope BRESSER MikroCam SP 3.1, objectif 12 mm |
| Logiciel | Analyse d’image sous Windows, observation directe et capture d’écran quantitative |
| Banc optique | Banc optique de précision D, 1000 mm, avec base et support |
| Configurations étudiées | Longitudinale (parallèle) et transversale (perpendiculaire) au champ magnétique |
| Domaine d’application | Physique atomique, physique quantique, spectroscopie |
Secteurs d’utilisation
Universités
Travaux pratiques de physique atomique et quantique en licence et master
Écoles d’ingénieurs
Formation en spectroscopie et physique des matériaux
Laboratoires de recherche
Démonstration expérimentale de phénomènes quantiques fondamentaux
Centres de formation scientifique
Enseignement approfondi de la physique atomique et moléculaire
Questions fréquentes sur l’expérience 3B Scientific UE5020800
Qu’est-ce que l’effet Zeeman normal et anormal ?
L’effet Zeeman normal correspond au dédoublement d’une raie spectrale sous champ magnétique pour des transitions entre niveaux de spin total nul (S = 0), observable sur la raie rouge du cadmium. L’effet Zeeman anormal, plus général, résulte de l’interaction du champ magnétique avec le moment magnétique combiné du spin et du moment orbital de l’électron ; il est étudié ici sur la raie turquoise du cadmium.
Comment le magnéton de Bohr est-il déterminé avec ce kit ?
La détermination s’appuie sur la mesure des anneaux d’interférence formés par l’étalon de Fabry-Pérot en fonction de l’intensité du champ magnétique appliqué. L’analyse quantitative des images capturées par la caméra microscope permet de calculer expérimentalement la valeur du magnéton de Bohr.
Quelles raies spectrales du cadmium sont utilisées dans cette expérience ?
L’expérience utilise la raie rouge du cadmium (λ = 643,8 nm) pour l’effet Zeeman normal, et la raie turquoise (λ = 480 nm) pour l’effet Zeeman anormal et l’observation de la structure hyperfine.
Ce kit 3B Scientific est-il livré prêt à l’emploi ?
Oui, l’UE5020800-230 est livré avec l’ensemble des composants nécessaires : lampe au cadmium, étalon de Fabry-Pérot, électroaimant, alimentation CC, caméra microscope avec objectif, filtres optiques, banc optique de précision et logiciel d’analyse.
Quelle est la différence entre les versions 230 V et 115 V ?
Les deux versions proposent le même protocole expérimental complet ; elles se distinguent uniquement par la tension d’alimentation de la lampe au cadmium et de l’alimentation CC, adaptée au réseau électrique local (230 V/50-60 Hz ou 115 V).
Ce montage peut-il servir à plusieurs travaux pratiques distincts ?
Oui, le banc optique permet de conduire séparément l’expérience sur l’effet Zeeman normal, l’expérience sur l’interféromètre de Fabry-Pérot et le magnéton de Bohr, ainsi que l’étude complète de l’effet Zeeman anormal et de la structure hyperfine, en fonction des accessoires installés.
| Marque | 3B SCIENTIFIQUE |
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