Самолетни двигатели Административно право Административно право на Беларус Алгебра Архитектура Безопасност на живота Въведение в професията „психолог“ Въведение в икономиката на културата Висша математика Геология Геоморфология Хидрология и хидрометрия Хидравлични системи и хидромашини История на Украйна Културология Културология Логика Маркетинг Машиностроене Медицинска психология Метали и заваръчни инструменти Метали и метали икономика Описателни 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 Социална психология социални и философски проблеми Социология Статистика теоретичните основи на компютъра автоматично управление теория теорията на вероятностите транспорт Закон Turoperator Наказателно право Наказателно-процесуалния управление модерно производство Физика физични явления Философски хладилни агрегати 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 VKontakte Odnoklassniki My World Facebook LiveJournal Instagram
border=0

Резонансни режими на полево взаимодействие с материята

<== предишна статия | следваща статия ==>

През последните десетилетия резонансните методи придобиха широко разпространение в измервателната техника, както и в изследването на свойствата на веществата в газообразно, течно и твърдо състояние. Наборът от тези методи постоянно се попълва благодарение на откриването на все нови разновидности на резонансните прояви на системното поведение.

Думата "резонанс" има латински произход, в превод - звуча в отговор, отговарям. В широк смисъл това означава увеличаване на реакцията на осцилаторната система на периодично външно влияние, когато честотата на последното се доближава до една от честотите на естествените трептения на системата.

Вибрационните системи, които могат да резонират, могат да имат много разнообразен характер. По същество такива системи могат да бъдат електрони, електронни обвивки на атоми, магнитни и електрически моменти на атоми, молекули, центрове на примеси в кристали и др. Въпреки това, във всички случаи се запазва цялостната картина на резонанса: в близост до резонанса амплитудата на трептенията и енергията, предавана на осцилаторната система отвън, се увеличават. Това увеличение спира, когато загубите на енергия компенсират неговото увеличение.

Всяко вещество има свой собствен характерен набор от честоти на естествените вибрации (честотен или енергиен спектър). Естествените честоти на обектите могат да бъдат в широк диапазон от честоти. Този набор от честоти е отличителна визитна картичка на веществото, чрез изучаването на която можете да разпознаете химичния състав, структура, симетрия и други характеристики на веществото.

Методите за измерване на резонанса са сред най-чувствителните методи. С тяхна помощ беше получено голямо количество информация за химичния състав, структура, симетрия и вътрешни взаимодействия между структурните единици на веществото.

Фиг. 5.1 Резонансни криви за различни стойности на коефициента на качество (Q) на осцилаторната верига: > > ,

В квантово описание осцилаторна система се характеризира с набор от енергийни стойности, разрешени от квантовите закони (енергиен спектър). Този спектър за системи от свързани частици може да бъде дискретен. Редуващото се електромагнитно поле може да се разглежда като набор от фотони с различни енергии. Когато енергията на фотона съвпада с разликата в енергията на всякакви нива, възниква резонансно поглъщане на фотони, което предизвиква квантов преход на електрони от долните към горните нива. В този случай оптичен резонанс се нарича селективна абсорбция от вещество от ИЧ, видима и UV радиация.

В газообразно вещество светлината се абсорбира от отделни атоми или молекули, които практически не взаимодействат помежду си. Следователно техният спектър на абсорбция (радиация) е линеен по своята същност.

Енергийният спектър на молекулите, за разлика от спектъра на атомите, има допълнителни нива в нискочестотния обхват, което е отговорно за вибрациите и въртенията на атомите и молекулите. Това води до появата на допълнителни резонанси в IR областта, а също така създава фина структура на спектрални линии във видимата област на спектъра. Тези линии се сливат и образуват раиран спектър .

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

Електрони, много ядра и атоми с отворени електронни обвивки (парамагнитни атоми) имат свой магнитен момент. Ако към веществото се прилага постоянно магнитно поле, тогава магнитните моменти преценират около посоката на магнитното поле. Според законите на квантовата механика проекцията на вектора на магнитния момент върху посоката на полето се квантира, тоест може да поеме дискретна серия от стойности ( разделяне на Земан ). Интервалът между съседните подунини е пропорционален на силата на магнитното поле. Ако веществото е облъчено с променливо електромагнитно поле, тогава при тези честоти ще се получи резонансно поглъщане на енергията на променливото поле. На практика е по-удобно да се фиксира честотата на променливото електромагнитно поле и да се променя величината на постоянното магнитно поле. Тогава резонансът ще възникне при определени стойности на магнитното поле, които могат да бъдат измерени.

Това явление се нарича магнитен резонанс . Познаване на магнитния момент на един електрон (боров магнетон ), можете да изчислите честотата на електронно-магнитен резонанс. Тази честота при средни стойности на магнитното поле съответства на микровълновия диапазон на излъчване. Тъй като масата на протона е 1840 пъти по-голяма от масата на електрона, магнитният момент на протона е съответно толкова пъти по-малък от магнитния момент на електрона. Това води до факта, че честотите на ядрения резонанс попадат в областта на радиовълните.

Фиг. 5.2 Разделяне на енергийното ниво на системата във външно магнитно поле.

Разграничете електронните (EMR) и ядрените (NMR) магнитни резонанси . Електронно-магнитният резонанс от своя страна може да бъде разделен на парамагнитен (EPR) и антиферромагнетичен (AFR) .

В първия случай отделните парамагнитни йони резонират. В другите две се възбуждат колективни спинови вълни във феро- и антиферромагнетици.

Парамагнитните йони на примеси, специално въведени в диамагнитни кристали, се оказаха добри сонди за изследване на локалната структура и симетрия, естеството на химичните връзки на примесен йон с кристална среда, електронно-вибрационни движения и др. Наблюдението на ЯМР служи като източник на информация за нееквивалентните позиции на еднакви атоми в молекулите (т. Нар. Натхимично изместване), за косвеното взаимодействие на спина-спин на ядра чрез електронни обвивки.

Двойният електронно-ядрен резонанс (DECR) е откриването на квантови преходи между ядрено-магнитните подравнини чрез техния ефект върху интензитета на EPR сигналите. Този метод се използва за наблюдение на хиперфинната структура на енергийния спектър на парамагнитни примесни йони в полупроводници и диелектрици. Тази структура се дължи на спин-спиновите взаимодействия на електроните на парамагнитния йон със собственото му ядро ​​и ядрата на околните атоми, което ни позволява да изучаваме разпределението на електронната плътност около парамагнитни центрове, хиперфини четворни взаимодействия и др. Методът DEYAR съчетава висока чувствителност към ESR с NMR метод с висока разделителна способност.

Параелектричният резонанс е електрически аналог на магнитен резонанс. Това е резонансно поглъщане на електромагнитно излъчване от микровълново вещество, поставено в постоянно електрическо поле. Този резонанс възниква в резултат на преориентацията на електрическите диполни моменти на молекули или онечистващи центрове в кристали от едно равновесно положение в друго под действието на електрическия компонент на променливо електромагнитно поле. Равновесните позиции могат да бъдат разделени от бариери с нисък потенциал, което създава възможност за тунелиране между тях. Това тунелиране променя енергийния спектър, създавайки допълнителни разделителни нива. Външно електрическо поле измества и разделя нивата, променяйки преходните честоти.

Тъй като елементарните частици нямат електрически диполен момент, последните могат да възникнат в йонни кристали поради изместване на централния йон в едно от центровете на равновесното равновесие или когато в кристала се въвеждат примесни молекули с постоянен електрически диполен момент. Параелектричният резонанс се наблюдава например в KCl кристали, легирани с Li при температури Т <10 К.

Фиг. 5.3 Свръх фина структура на енергийните нива на парамагнитния център и възстановяване на EPR сигнала при облъчване на пробата с електромагнитно поле с NMR честота.

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

Циклотронният резонанс в проводниците. Ако поставите проводника в постоянно магнитно поле, тогава електроните (дупките) на проводимостта по време на движение изпитват действието на силата на Лоренц. Движението на заредена частица в магнитно поле е спирално: равномерно и кръгово.

Ако към проводника се приложи променливо електромагнитно поле, тогава когато неговата честота съвпада с честотата на циклотрон, се наблюдава рязко увеличение на абсорбцията на това поле, тоест възниква циклотронният резонанс (CR) . Може да се наблюдава при условие, че носителите на заряд имат време да направят много обороти между сблъсъците с други частици. В металите CR има своите специфики поради факта, че електромагнитна вълна прониква в метал на малка дълбочина (слой на кожата). CR се използва широко във физиката на твърдото тяло за изучаване на енергийния спектър, измерване на знака на заряда и ефективната маса на електрони (дупки).

Акустичен парамагнитен резонанс е селективното абсорбиране на високочестотна акустична вълнова енергия (хиперзвук) в парамагнитни кристали, поставени в постоянно магнитно поле.

Параметричният резонанс е селективното възбуждане на вибрации от различно естество в веществото чрез периодична промяна на някои от неговите параметри.

Рентгеновата спектроскопия е характерното поглъщане или излъчване на рентгенови вълни от вещество.

Гама - резонанс - резонансно поглъщане и разсейване на гама - кванти от ядрата на атомите на материята. В спектъра на твърди, много тесни върхове могат да съответстват на този резонанс, ако процесът на излъчване или абсорбция на гама квант протича без откат (ефект на Мосбауер). Такъв процес е възможен, ако енергията на отдръпване на ядрото е по-малка от минималната фононова енергия, тъй като в този случай се случва безфононен квантов преход. Гама - резонансно усвояване може да се използва за определяне структурата на кристалите. Поради изключителната стесняване на спектъра, този ефект може да се използва за много точно определяне на честотата.

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

От гледна точка на осигуряването на висока чувствителност на измервателните уреди, чийто принцип се основава на използването на физически ефекти от взаимодействието на електромагнитните полета с материя, от особен интерес представлява осъществяването на резонансни явления на молекулно, доменно, атомно, ядрено ниво. За да се контролират такива процеси, може да се прилага постоянно магнитно или електрическо поле, акустични и електромагнитни вълни.

<== предишна статия | следваща статия ==>





Прочетете също:

Временната характеристика на възприемането на настоящите стимули

Електронно-йонно-стимулирани процеси на повърхността на твърди вещества

Сканиращ SQUID микроскоп (SSM-77)

Линейна въглеродна верига. Синтез и анализ

Физическата основа на акустооптичните устройства Акустооптика -

Глава 11. Макроскопични квантови ефекти в твърди вещества

Субективно сетивно възприятие. Абсолютният праг на усещане. Диференциален праг. Прагът на дискриминация. Закон на Вебер. Закон на Вебер - Фехнер. Скала на Стивънс. Всяка сетивна система

Явления на интерференция и дифракция по време на движение на частиците

Странично инхибиране

Областта на рецептивните полета на сетивните неврони

Повърхностноактивни резонатори

Връзка между концепциите на квантовата и класическата осцилаторна система

Магнитооптични явления

Връщане към съдържанието: Физически явления

Преглеждания: 4997

11.45.9.161 © ailback.ru Той не е автор на публикуваните материали. Но предоставя възможност за безплатно използване. Има ли нарушение на авторски права? Пишете ни | Обратна връзка .