- •В.А. Панов Автоматизация проектирвания средств и су. Физико-технические эффекты
- •Введение
- •Понятие фтэ
- •1.2. Формализация описания фтэ
- •Дерево фтэ
- •Синтез физического принципа действия
- •Алгоритм синтеза фпд
- •Классификация фтэ
- •Описание фтэ
- •2.1. Механические эффекты
- •2.1.1. Центробежная сила
- •2.1.2. Гироскопический эффект
- •2.1.3. Гравитация
- •2.1.4. Электропластический эффект в металлах
- •2.2.Молекулярные явления
- •2.2.1. Тепловое расширение
- •2.2.2. Капиллярные явления
- •2.2.3. Фазовые переходы
- •Гидростатика и гидродинамика
- •2.3.1. Сорбция
- •2.3.2. Диффузия
- •2.3.3. Осмос
- •2.3.4. Цеолиты
- •Гидростатика и гидродинамика
- •Колебания и волны
- •2.5.1. Резонанс
- •2.5.2. Реверберация
- •2.5.3. Акустомагнетоэлектрический эффект
- •Волновое движение
- •2.6.4. Дисперсия волн
- •2.6.5Электрические и электромагнитные явления
- •2.7.1.Электрическое поле
- •2.7.1.1.Джоуля-Ленца закон
- •2.7.1.2. Закон Кулона
- •2.7.1.3. Электростатическая индукция
- •2.7.2.1. Контур с током в магнитном поле
- •Сила Лоренца
- •Магнитострикция
- •Электромагнитное поле
- •Эдс индукции
- •Взаимная индукция
- •Индукционный нагрев
- •Диэлектрические свойства вещества
- •Пьезоэлектрический эффект
- •2.8.2. Обратный пьезоэлектрический эффект
- •Пироэлектрики
- •Электреты
- •Сегнетоэлектрики
- •Магнитные свойства вещества
- •Закон Кюри
- •Виллари эффект
- •Магниторезистивный эффект
- •Баркгаузена эффект
- •Эффект Эйнштейна – де-Хааза
- •Электрические свойства вещества
- •Тензорезистивный эффект
- •Терморезистивный эффект
- •Термоэлектрические и эмиссионные явления
- •2.11.1. Эффект Зеебека
- •2.11.2. Эффект Пельтье
- •2.11.3. Термоэлектронная эмиссия
- •Гальвано- и термомагнитные явления
- •Холла эффект
- •2.12.2. Эттинсгаузена эффект
- •Электрические разряды в газах
- •Электрокинетические явления
- •Свет и вещество
- •2.15.1. Полное внутреннее отражение
- •Фотоэлектрические и фотохимические явления
- •2.16.1. Фотоэффект
- •2.16.2. Дембера эффект
- •Люминесценция
- •Фотоупругость
- •Электрооптический эффект Керра.
- •Фарадея эффект
- •Эффект Зеемана
- •Дихроизм
- •Явления микромира
- •Электронный парамагнитный резонанс
- •Акустический парамагнитный резонанс
- •Ядерный магнитный резонанс
- •. Фотофорез
- •Стробоскопический эффект
- •Электрореологический эффект
- •Акустоэлектрический эффект
- •Заключение
- •Литература
Явления микромира
К данной группе ФТЭ относятся электронный и акустический парамагнитный резонансы, а также ядерный магнитный резонанс.
Электронный парамагнитный резонанс
Входы: состав.
Выходы: спектр.
Графическая иллюстрация:
Рис. 2.70. Расщепление энергетического уровня электрона в постоянном магнитном поле; Е0 - уровень в отсутствие поля, Е1 и Е2 - уровни, возникающие в присутствии поля Н
Сущность:
Магнитный резонанс - избирательное поглощение веществом электромагнитных волн определённой длины волны, обусловленное изменением ориентации магнитных моментов электронов или атомных ядер.
Магнитный резонанс, обусловленный магнитными моментами электронов в парамагнетиках, называется электронным парамагнитным резонансом (ЭПР). Спектр ЭПР зависит как от спина, так и от орбитального движения электронов, входящих в состав парамагнитных атомов и молекул, и обычно чувствителен к внутрикристаллическому полю в месте расположения парамагнитной частицы.
ЭПР - явление квантовых переходов между энергетическими уровнями электронов парамагнитных тел под влиянием переменного магнитного поля резонансной частоты. В постоянном магнитном поле электронные уровни энергии парамагнитных атомов расцепляется на несколько подуровней; энергетическая разность подуровней определяется величиной поля и свойствами вещества; соответствующие квантовые переходы между этими подуровнями инициируются высокочастотным магнитным полем.
Открытие ЭПР послужило толчком для развития резонансных методов изучения вещества, в частности акустического парамагнитного резонанса (ферро- и антиферромагнитного резонанса магнитного резонанса). При явлении акустического парамагнитного резонанса переходы между подуровнями инициируются наложением высокочастотных звуковых колебаний, в результате возникает резонансное поглощение звука.
При ферромагнитном резонансе происходит избирательное поглощение энергии электромагнитного поля: эта энергия расходуется на возбуждение коллективных колебаний в магнитной упорядоченной структуре ферромагнетика (или антиферромагнетика).
Математическое описание:
В отсутствие постоянного магн. поля Н магнитные моменты неспаренных электронов направлены произвольно, состояние системы таких частиц вырождено по энергии. При наложении поля Н проекции магнитных моментов на направление поля принимают определенные значения и вырождение снимается, т. е. происходит расщепление уровня энергии электронов E0. Расстояние между возникшими подуровнями зависит от напряженности поля Н и равно
(рис. 2.55),
где
g- фактор спектроскопич. расщепления,
- магнетон Бора, равный 9,274 x 10-24 Дж/Тл;
- магнитная индукция,
где
- магн. проницаемость своб. пространства 1,257 x 10-6 Гн/м.
Распределение электронов по подуровням подчиняется закону Больцмана, согласно которому отношение заселенностей подуровней определяется выражением
,
где
k - постоянная Больцмана,
Т - абс. температура.
Если на образец подействовать переменным магнитным полем с частотой v, такой, что
,
где
h - постоянная Планка
и направленным перпендикулярно H, то индуцируются переходы между соседними подуровнями, причем переходы с поглощением и испусканием кванта hv равновероятны. Т.к. на нижнем уровне число электронов больше в соответствии с распределением Больцмана, то преим. будет происходить резонансное поглощение энергии переменного магнитного поля (его магнитной составляющей).
Применение.
В основе применения ЭПР лежит зависимость спектра вещества от его внутреннего строения.
Метод ЭПР практически незаменим при изучении радиационных изменений в структурах, в том числе и в биологических. Чувствительность метода очень велика и составляет 1010 парамагнитных молекул. На применении ЭПР основан поиск и проверка новых веществ для квантовых генераторов: явление ЭПР используется для генерации сверхмощных субмиллиметровых волн.
Метод ЭПР даёт информацию о парамагнитных центрах. Он однозначно различает примесные ионы, изоморфно входящие в решётку, от микровключений. При этом получается полная информация о данном ионе в кристалле: валентность, координация, локальная симметрия, гибридизация электронов, в сколько и какие структурные положения он входит, ориентирование осей кристаллического поля в месте расположения этого иона, полная характеристика кристаллического поля и детальные сведения о химической связи. И, что очень важно, метод позволяет определить концентрацию парамагнитных центров в областях кристалла с разной структурой.
А.с. 292101. Способ текущего контроля условной вязкости гудронов и жидких битумов отличается тем, что, с целью непрерывности определения, пропускают контролируемую струю по трубопроводу через резонатор спектрометра ЭПР и регистрируют условную вязкость по амплитуде линии спектра парамагнитного поглощения.
А.с. № 510 203. Способ определения поля у огурцов путем исследования семян отличается тем, что, с целью повышения производительности труда в селекционном процессе, измеряют спектр электронного парамагнитного резонанса и по величине сигнала судят о степени выраженности и принадлежности к полу: при величине сигнала электронного парамагнитного резонанса 0,56-0,68 относительных единиц и слабом свечении растения будут преимущественно мужского типа, а при сигнале 0,48-0,56 относительных единиц и интенсивном свечении - женского типа.
А.с. № 516 643. Способ оценки стабильности пластичных смазок путем сравнения свойств исходной и проработавшей в узле трения смазки отличается тем, что, с целью сокращения времени проведения испытаний микроколичества смазки, в исходную и проработавшие смазки вводят стабильный азотокислый радикал, снимают спектр ЭПГ, по параметрам спектра ЭПР определяют частоты вращательной диффузии радикала и по их отношению оценивают стабильность смазки.