МИНОБРНАУКИ РОССИИ
«ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(ФГБОУ ВПО «ЧелГУ»)
Физический факультет
Кафедра физики
отчет
по лабораторной работе №3
Тема: Электронный парамагнитный резонанс
ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ |
|||
|
|||
Агеев А.А. |
|||
|
|||
Академическая группа |
ФФ-304 |
Курс |
3 |
|
|||
(подпись)
« » 2025г. |
|||
|
|||
ПРОВЕРИЛ |
|||
|
|||
Воронин Д.С. |
|||
|
|||
|
|||
ОЦЕНКА: |
|||
|
|||
|
|||
(подпись)
« » 2025г. |
|||
Челябинск
2025
Цель работы:
определение
резонансного магнитного поля B0,
как функции выбранной частоты
,
определение g-фактора
ДФПГ, определение ширины линии
на резонансной кривой.
Общие сведения.
Основой изучаемого явления является поглощение высокочастотного электромагнитного излучения парамагнетиками, помещенными во внешнее магнитное поле, в котором происходит разделение спиновых состояний электронов.
Парамагнетики – вещества, атомы (молекулы или ионы) которых обладают собственными магнитными моментами, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, повышающее внешнее.
Для
наблюдения эффекта на учебной установке
магнитное поле должно обладать высокой
степенью однородности
.
В установке оно создаётся двумя катушками
Гельмгольца. Индукция меняется от 0 до
4 мТл регулировкой тока в катушках. На
постоянный ток в катушках накладывается
переменный с частотой 50 Гц.
Образец помещен внутрь высокочастотной катушки являющейся частью колебательного контура с высокой добротностью. Колебательный контур возбуждается высокочастотным генератором с частотой от 15 до 130 МГц и создаёт переменное поле В1, перпендикулярное постоянному полю В0 (рис. 1).
Рис. 1. Расположение высокочастотной катушки между двумя катушками Гельмгольца (d=R).
Если условие резонанса выполнено, образец поглощает энергию, и колебательный контур нагружен. В результате сопротивление колебательного контура изменяется, и напряжение на катушке уменьшается. Это напряжение после выпрямления и усиления подлежит измерению.
Осциллограф с двумя входами в режиме X-Y показывает измеряемый сигнал вместе с напряжением, пропорциональным магнитному полю, в виде резонансной кривой.
Рис. 2. В верхней части рисунка резонансный сигнал: развертка по горизонтальной оси происходит за счет изменения индукции магнитного поля.
Материал образца – дифенилпикрилгидразил (ДФПГ). Это органическое соединение является стабильным свободным радикалом, содержащим один неспаренный электрон у атома азота. Орбитальное движение электрона в этой молекуле отсутствует, поэтому g-фактор электрона очень близок к значению для свободного электрона.
Экспериментальная установка состоит из трёх частей: измерительного блока с кольцами Гельмгольца, блока управления и осциллографа. Кольца Гельмгольца параллельны друг другу. Среднее расстояние между ними надо установить равным r = 6,8 см (среднему радиусу каждого из них).
Рис. 3. Вид сверху на измерительный блок
На измерительном блоке закреплен сменный высокочастотный контур с помещенным в него образцом. На верхнюю поверхность блока выведена ручка для регулировки частоты контура. В рабочем положении контур с образцом располагается между кольцами Гельмгольца в средней части объема.
На блоке управления расположены рукоятки потенциометров регулировки величины индукции постоянного поля В0, величины накладываемого переменного поля Вмод и фазового сдвига. На дисплей выводятся частота генератора, постоянная и переменная составляющие тока в катушках. Эти величины выводятся по очереди путём переключения тумблера.
На ось Y осциллографа подан сигнал с измерительного блока, на ось X – «В-сигнал», пропорциональный индукции магнитного поля.
Рис. 4. Пример осциллограммы измеряемого сигнала
Слева- двухканальный режим, показаны оба сигнала в зависимости от времени.
Справа – измеряемый сигнал в зависимости от индукции.