Авиационно инженерство Административно право Административно право Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог” Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидросистеми и хидравлични машини Културология Медицина Психология икономика дескриптивна геометрия Основи на икономически т Oria професионална безопасност Пожарна тактика процеси и структури на мисълта, Професионална психология Психология Психология на управлението на съвременната фундаментални и приложни изследвания в апаратура социалната психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерна производствена Физика Физични феномени Философски хладилни инсталации и екология Икономика История на икономиката Основи на икономиката Икономика на предприятията Икономическа история Икономическа теория Икономически анализ Развитие на икономиката на ЕС Спешни ситуации ВКонтакте Однокласници Моят свят Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Методи за измерване с използване на резонансно взаимодействие на електромагнитното поле с веществото

<== предишна статия | следващата статия ==>

През последните десетилетия резонансните методи станаха широко разпространени както в измервателната техника, така и в изучаването на свойствата на веществата в газообразно, течно и твърдо състояние. Наборът от тези методи постоянно се обновява поради откриването на всички нови разновидности на резонансните прояви на поведението на системите.

Думата "резонанс" има латински произход, в превод - звуча в отговор, отговарям. В по-широк смисъл, това означава увеличаване на реакцията на осцилиращата система на периодично външно въздействие, когато честотата на последната се приближава до една от естествените честоти на системата.

Осцилаторните системи, които могат да резонират, могат да имат най-разнообразна природа. В материята такива системи могат да бъдат електрони, електронни обвивки на атоми, магнитни и електрически моменти на атоми, молекули, примесни центрове в кристали и др. Във всички случаи обаче се запазва цялостната картина на резонанса: близо до резонанса се увеличава амплитудата на трептенията и енергията, която се предава към колебателната система отвън. Това увеличение спира, когато загубата на енергия компенсира нейния растеж.

Всяко вещество има свой характерен набор от собствени честоти. Честотният или енергийният спектър на обектите може да има широк диапазон. Такъв набор от честоти е уникална визитна картичка на вещество, изучаваща кой може да разпознае химическия състав, структура, симетрия и други характеристики на веществото.

Методите за резонансни измервания са сред най-чувствителните методи. С тяхна помощ получавате голямо количество информация за химичния състав, структурата, симетрията и вътрешните взаимодействия между структурните единици на веществото.

Фиг. 1.1 Резонансни криви за различни стойности на коефициента на качество (Q) на осцилиращата верига: > > ,

В квантовото описание колебателната система се характеризира с набор от енергийни стойности (енергиен спектър), разрешени от квантовите закони. Този спектър за системи на свързани частици може да бъде дискретен. Едно променливо електромагнитно поле може да се разглежда като набор от фотони с различни енергии. Когато енергията на фотона съвпада с енергийната разлика на всички нива, настъпва резонансна абсорбция на фотони, което води до квантов преход на електрони от по-ниски към по-горни нива. В този случай оптичният резонанс се отнася до селективното поглъщане на инфрачервено, видимо и ултравиолетово лъчение от веществото.

В газообразно вещество светлината се абсорбира от отделни атоми или молекули, които на практика не взаимодействат помежду си. Поради това се определя техният абсорбционен (емисионен) спектър.

Енергийният спектър на молекулите, за разлика от спектъра на атомите, има допълнителни нива в нискочестотния диапазон, който е отговорен за вибрациите и въртенето на атоми и молекули. Това води до появата на допълнителни резонанси в IR областта и също така създава фина структура на спектралните линии във видимата област на спектъра. Тези линии се сливат и образуват райе .

Спектрите на твърдите вещества (кристали) се различават значително от линейните, образувайки повече или по-малко непрекъсната абсорбция с потапяния и пикове. Тъй като всеки атом или молекула има свой характерен енергиен спектър, е възможно да се определи химичният състав на веществото, структурата на твърдите вещества, естеството на вътрешните взаимодействия и т.н., като се използва оптичния спектър.

Електроните, многото ядра и атомите с отворени електронни обвивки (парамагнитни атоми) имат свой собствен магнитен момент. Ако към веществото се приложи постоянно магнитно поле, тогава магнитните моменти се пресичат около посоката на магнитното поле. Според законите на квантовата механика, проекцията на вектор на магнитния момент върху посоката на полето се квантува, т.е. може да приеме дискретна поредица от стойности ( зеемановото разделяне ). Интервалът между съседните поднива е пропорционален на силата на магнитното поле. Ако веществото се облъчва с променливо електромагнитно поле, то при тези честоти ще настъпи резонансна абсорбция на енергията на променливото поле.

На практика е по-удобно да се фиксира честотата на променливото електромагнитно поле и да се промени величината на постоянното магнитно поле. Тогава резонансът ще се случи при определени стойности на силата на магнитното поле, които могат да бъдат измерени. Това явление се нарича магнитен резонанс . Познаване на магнитния момент на електрона - магнит Бор (в системата SI):

, (1.1)

може да изчисли честотата на електронния магнитен резонанс. Тази честота със средни стойности на магнитното поле съответства на диапазона на микровълновото излъчване. Тъй като масата на протона е 1840 пъти по-голяма от масата на електрона, магнитният момент на протона съответно е по-малък от магнитния момент на електрона. Това води до факта, че честотата на ядрения резонанс попада в областта на радиовълните.

Фиг. 1.2 Разделяне на енергийното ниво на системата във външно магнитно поле.

Има електронни (ЕМР) и ядрени (ЯМР) магнитни резонанси . Електронният магнитен резонанс, от своя страна, може да бъде разделен на парамагнитни (EPR) и антиферомагнетични (AFR). В първия случай отделните парамагнитни йони резонират. В другите две колективни спинови вълни в феро- и антиферомагнетиците са възбудени.

Примесващите парамагнитни йони, специално въведени в диамагнитни кристали, се оказаха добри проби за изучаване на локалната структура и симетрия, използвайки метода ЕПР, естеството на химичните връзки на примесния йон с кристалната среда, електронно-вибрационните движения и др. Наблюдението на ЯМР служи като източник на информация за нееквивалентните позиции на идентични атоми в молекулите (т. Нар. Химическа смяна на Nath), за непрякото спин-спиново взаимодействие на ядрата чрез електронните обвивки.

Двойният електронно-ядрен резонанс (DEGR) е откриването на квантовите преходи между ядрените магнитни поднива чрез техния ефект върху интензивността на ЕПР сигналите.

Този метод се използва за наблюдение на свръхфинната структура на енергийния спектър на парамагнитните примесни йони в полупроводниците и диелектриците. Тази структура се дължи на спин-спиновите взаимодействия на електроните на парамагнитния йон със собственото си ядро ​​и ядра от околните атоми, което дава възможност да се изследва разпределението на електронната плътност около парамагнитни центрове, свръхфинни квадруполни взаимодействия и др. Методът DEARY съчетава висока чувствителност на EPR с висока резолюция на NMR метода.

Параелектричният резонанс е електрическият аналог на магнитния резонанс. Това е резонансна абсорбция на електромагнитно излъчване от микровълнова субстанция, поставена в постоянно електрическо поле. Този резонанс възниква в резултат на преориентацията на електрическите диполни моменти на молекули или примесни центрове в кристали от едно равновесно положение към друго под действието на електрическия компонент на променливо електромагнитно поле. Равновесните позиции могат да бъдат разделени с ниско потенциални бариери, което създава възможност за тунелиране между тях. Това тунелиране променя енергийния спектър, създавайки допълнително разделяне на нивата. Външното електрическо поле измества и разделя нивата, променяйки честотата на прехода.

Тъй като елементарните частици нямат електрически диполен момент, последният може да се появи в йонни кристали поради изместването на централния йон към едно от нецентралните равновесни позиции или когато в кристала се въведат примесни молекули с постоянен електрически диполен момент. Параелектричен резонанс се наблюдава, например, в KCl кристали с Li примес при температури Т <10 К.

Фиг. 1.3. Свръхфинната структура на енергийните нива на парамагнитния център и възстановяването на ЕПР сигнала, когато пробата се облъчва с електромагнитно поле на ЯМР-честотата.

Параелектричната спектроскопия доведе до по-нататъшно разширяване на информационните възможности на радиоспектроскопията и има и практически приложения (електрическо адиабатно охлаждане, създаване на фононни генератори и др.).

Циклотронов резонанс в проводници. Ако поставим проводника в постоянно магнитно поле, тогава електроните (дупките) на проводимост по време на движението изпитват действието на силата на Лоренц. Движението на заредена частица в магнитно поле е винт: равномерен и кръгъл.

Ако към проводника се приложи променливо електромагнитно поле, то ако честотата му съвпада с честотата на циклотрон, се наблюдава рязко увеличаване на абсорбцията на това поле, т.е. настъпва циклотронният резонанс (CR). Може да се наблюдава при условие, че носителите на ток успяват да направят много завои между сблъсъци с други частици. В металите, CR има свои специфики поради факта, че електромагнитната вълна прониква в метала до малка дълбочина (слой кожа). CR се използва широко в физиката на твърдото тяло за изследване на енергийния спектър, измерване на знака на заряда и ефективната маса на електроните (дупките).

Акустичният парамагнитен резонанс е селективната абсорбция на енергията на високочестотните акустични вълни (хиперзвук) в парамагнитни кристали, поставени в постоянно магнитно поле.

Параметричният резонанс е селективното възбуждане на осцилации от различно естество в дадено вещество чрез периодична промяна на някои от неговите параметри.

Рентгеновата спектроскопия е характеристичната абсорбция или емисия на рентгенови вълни от веществото.

Гама - резонансно - резонансна абсорбция и разсейване на гама - кванти от ядрата на атомите на материята. В спектъра на твърди, много тесни върхове могат да отговорят на този резонанс, ако процесът на излъчване или поглъщане на гама-квантово се случи без откат ( Mössbauer ефект ). Такъв процес е възможен, ако енергията на отката на ядрото е по-малка от минималната фононна енергия, тъй като в този случай има безфонов безконтактен преход. Гама-резонансната абсорбция може да се използва за определяне на структурата на кристалите. Поради екстремната теснота на спектъра, този ефект може да се използва за точно определяне на честотата.

По този начин резонансните методи за измерване са сред най-информативните, точни. С тяхна помощ може да се изучава химическият състав, симетрията, структурата, енергийният спектър на веществото, електрическите и магнитните взаимодействия в него.

От гледна точка на осигуряване на висока чувствителност на измервателните уреди, чийто принцип се основава на използването на физични ефекти от взаимодействието на електромагнитните полета с материята, е от интерес да се реализират резонансни явления на молекулярни, домейнни, атомни, ядрени нива. За управление на такива процеси могат да се прилагат постоянни магнитни или електрически полета, акустични и електромагнитни вълни.

<== предишна статия | следващата статия ==>





Вижте също:

Използване на хаоса за генериране на информация

Филмите на >

Теория на хаоса

фулерени

Метод на Браг

Устройство и принцип на действие на биологичен неврон

Въглеродни нанотръби

Обща физиология на сензорните системи

Сканиращо микроскопско устройство

Метод на Laue

Ефекти от резонансно взаимодействие на електромагнитно поле с вещество

Устройство и принцип на работа на атомно-енергиен микроскоп

Физическите основи на оже-спектроскопията и неутронната дифракция

Архитектура на конзолни сензори и системи за наблюдение на положението на конзоли

Връщане към съдържанието: Съвременни фундаментални и приложни изследвания в приборостроенето

Видян: 2588

11.45.9.51 © ailback.ru не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно ползване. Има ли нарушение на авторските права? Пишете ни Обратна връзка .