8. Типовые лабораторные задания Лабораторная работа № 1. Электронный парамагнитный резонанс в слабых полях
Цель. Наблюдение явления электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) в слабых полях. Исследование зависимости величины сигнала ЭПР от взаимной ориентации постоянного и высокочастотного магнитных полей. Исследование зависимости резонансной частоты ЭПР от индукции постоянного магнитного поля. Определение g-фактора электрона. Измерение горизонтальной и вертикальной составляющих магнитного поля Земли.
Принципиальная схема установки.
Рис.12. Схема установки.
В
этом спектрометре однородное постоянное
магнитное поле создаётся с помощью
катушек Гельмгольца, которые представляют
собой два коаксиальных кольца одного
радиуса с одинаковым числом витков,
причём расстояние между центрами колец
в точности равно их радиусу. Величины
магнитной индукции 
между
кольцами может быть рассчитана по
формуле
.
Здесь
выражается
в гауссах, 
-
ток колец в амперах, 
-
количество витков в кольце, 
-
средний радиус кольца в сантиметрах. В
нашем спектрометре 
,
.
Расчетные формулы
Частота ЭПР, выраженная в герцах
Ход работы.
Определим зависимость величины сигнала поглощения ЭПР от взаимной ориентации постоянного и высокочастотного магнитных полей. Данные занесем в таблицу.
Таблица 1
Величина сигнала поглощения в зависимости от угла поворота датчика.
ν=15000 Гц |
||||||||||||||||||||||
Ires = 95,1 mA Таблица 1 |
||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
|
Исследуем зависимость резонансной частоты ЭПР от индукции магнитного поля.
Таблица 2
Результаты измерений и расчетов для построения графиков.
ν, kHz |
I← , mA |
I→ , mA |
<i>, mA |
B, Гс |
B, мТл |
11000 |
53,2 |
52,5 |
52,9 |
3,34 |
0,33 |
12000 |
60,6 |
57,3 |
59,0 |
3,72 |
0,37 |
13000 |
66,0 |
63,6 |
64,8 |
4,09 |
0,41 |
14000 |
71,4 |
69,5 |
70,5 |
4,45 |
0,45 |
15000 |
76,6 |
74,2 |
75,4 |
4,76 |
0,48 |
16000 |
83,2 |
80,1 |
81,7 |
5,16 |
0,52 |
17000 |
88,2 |
85,9 |
87,1 |
5,50 |
0,55 |
18000 |
93,6 |
91,1 |
92,4 |
5,83 |
0,58 |
19000 |
100,1 |
97,7 |
98,9 |
6,25 |
0,62 |
20000 |
104,6 |
102,6 |
103,6 |
6,54 |
0,65 |
По
данным таблицы построим график
зависимости 
.
|
Рис.3. Зависимость резонансной частоты от индукции магнитного поля. |
По методу наименьших квадратов определяем коэффициент пропорциональности K. K = 2807 кГц/Гс (ε = 1%)
Воспользовавшись
соотношением (1) и полученным коэффициентом K,
определим g-фактор электрона.
Измерим вертикальную и горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли. Найдем модуль индукции магнитного поля Земли.
Таблица 3
Результаты измерений для расчета индукции магнитного поля Земли.
|
|
ΔI, mA |
B, Гс |
Вертикаль |
0,5 |
20,0 |
0,63 |
Горизонталь |
0,6 |
2,7 |
0,09 |
|
|
|
0,64 |