Лабораторная работа №3 Определение удельной магнитной восприимчивости веществ

Цель работы: Измерить уход частоты генератора для различных образцов и определить магнитную восприимчивость материала. [1], [2], [6], [8].

Введение.

Опр.Радиоспектроскопия – раздел физики, в рамках которого исследуются переходы между энергетическими уровнями квантовой системы, индуцированные электромагнитным излучением радиодиапазона (3кГц – 6000ГГц, длина волны отдо).

Радиоспектроскопия возникла в экспериментах с молекулярными и атомными пучками. Сейчас эти методы распространены на вещества в газообразном, жидком и твердом состоянии.

Отличия и достоинства радиоспектроскопии от оптической и ИК-спектроскопии:

а) Благодаря малым частотам и малым энергиям квантовв радиоспектроскопии исследуются квантовые переходы между близкорасположенными уровнями энергии. Это даёт возможность изучать такие взаимодействия в веществе, которые вызывают очень малые расщепления энергетического уровня, незаметные для оптической спектроскопии. В радиоспектроскопии исследуются вращательные уровни; зеемановское расщепление уровней электронов и атомных ядер во внешнем и внутреннем магнитных полях (микроволновая спектроскопия, ЭПР, ЯМР); уровни образованные взаимодействием квадрупольных моментов ядер с внутренними электрическими полями (ЯКР) и взаимодействием электронов проводимости во внешнем магнитном поле. В магнитоупорядоченных средах наблюдается резонансное поглощение радиоволн, связанное с коллективным движением магнитных моментов электронов (ферромагнитный и антиферромагнитный резонансы).

б) Естественная ширина спектральных линий в радиодиапазоне очень мала (~). Наблюдаемая ширинаобусловлена различными тонкими взаимодействиями в веществе. Анализ ширины и формы линий позволяет количественно оценивать эти взаимодействия, при этом ширина и форма линий в радиоспектроскопии может измеряться с очень большой точностью.

в) Измерение длины волны, характерное для оптической спектроскопии в радиоспектроскопии заменяется измерением частоты , что обычно осуществляется радиотехническими методами с очень большой точностью. Это позволяет измерять тонкие детали спектров, связанные с малыми сдвигами уровней системы, участвующих в поглощении радиоволн.

Оптическая накачка позволяет радиоспектроскопии исследовать такие явления как многофотонные процессы, параметрический резонанс и др., связанные с различными проявлениями взаимодействия радиочастотных полей с веществом. Нелинейная радиоспектроскопия исследует отклик атомной системы на воздействие сильного радиочастотного поля.

Методы измерений.

Исследуемое вещество помещают в радиочастотное поле, амплитуду которого измеряют в резонансе и без него. Разность амплитуд определяет коэффициент поглощения энергии в образце. Обычно используют стоячую волну в объемном резонаторе (ЯМР, ЯКР, ЭПР, ЦР) или же бегущую волну в радиоволноводе.

Методами радиоспектроскопии можно определять структуру твердых тел, жидкостей, молекул, магнитные и квадрупольные моменты атомных ядер, симметрию поля окружения, валентность ионов, электрические пи магнитные свойства атомов, молекулы радикалов и т.д. Методы радиоспектроскопии применяются для качественного и количественного анализа веществ.

В радиоспектроскопии впервые наблюдалось вынужденное излучение, что привело к созданию квантовых генераторов и усилителей в радио диапазоне и оптическом диапазоне.