Виктор Лаврус
Явление магнитного резонанса используется для обнаружения и измерения электрических и магнитных взаимодействий электронов и ядер в макроскопических количествах вещества. Это явление обусловлено парамагнитной ориентацией электронного и ядерного токов внешним полем и их ларморовской прецессией относительно направления внешнего поля. Частота ларморовской прецессии пропорциональна напряженности магнитного поля, приложенного в области нахождения прецессирующего электрона или ядра. Когда соседние частицы дают вклад в локальное магнитное поле, он измеряется по сдвигу частоты прецессии. Дополнительный сдвиг частоты прецессии может произойти также за счет неоднородных электрических полей, создаваемых соседними частицами.
Ларморовская прецессия
Эксперименты, в которых прослеживается отклик атомов на магнитное поле, дают ключевую информацию об атомной механике. Ларморовская прецессия атомов и других частиц в магнитном поле состоит в том, что средний магнитный момент атомов периодически изменяет направление. Описание этого изменения служит прототипом описания нестационарных состояний атомных систем. Изучая нестационарные состояния, мы прослеживаем развитие атомных явлений во времени, тогда как при изучении стационарных состояний мы сосредотачиваемся на свойствах, остающихся неизменными.
Механическим аналогом Ларморовской прецессии служит вращающийся волчок.
Рис. 1. Прецессия вращающегося волчка. J – момент импульса, Р – сила тяжести, R – реакция опоры, М – вращающий момент.
Действие вращающего момента, например на атом газа, приводит к гироскопическому эффекту, при котором инерция атома проявляется как момент импульса. Иными словами, воздействие внешнего постоянного магнитного поля B на атомный контур с током аналогично воздействию силы тяжести на вращающийся волчок и описывается аналогичным уравнением. Вращающий момент М волчка стремится опустить его центр масс, поворачивая ось вращения относительно точки опоры. В случае атома с кольцевым током вращающий момент М, определяемый равенством M=[μ·B], стремится повернуть атом вокруг его центра масс. В обоих случаях воздействие вращающего момента изменяет момент импульса J, обусловленный вращением волчка или циркуляцией носителей тока в атоме. Уравнение движения имеет вид:
M = dJ/dt.
Векторная добавка dJ/dt к мгновенному значению момента импульса J вызывает прецессию его направления относительно оси, вертикальной в случае волчка и параллельной вектору индукции внешнего магнитного поля B в случае атома. В ходе прецессии угол между J и осью прецессии остается постоянным. Угловая скорость прецессии обычно описывается вектором ω, параллельным этой оси:
dJ/dt = [ω·J].
Таким образом, мы видим, что атомы могут прецессировать вокруг направления приложенного внешнего магнитного поля.
Схема установки
Схема экспериментальной установки изображена на рис.2.
Рис. 2. Схематическое изображение установки для эксперимента по магнитному резонансу. Резонанс достигается в радиочастотном диапазоне. Катушка (а) и резонатор (б) присоединяются к источникам переменного поля и измерителям потери мощности.
Исследуемый образец помещается внутрь радиочастотной катушки или микроволнового резонатора, расположенных между полюсами магнита. Крайне высокая точность настройки установки и ее чувствительность при определении поглощаемой мощности – главное преимущество метода магнитного резонанса. В стандартной экспериментальной методике частота колебаний ω поперечного поля поддерживается постоянной и резонанс достигается с помощью изменения напряженности поля B0
, что приводит к медленному изменению частоты прецессии γB0
. На экране осциллографа при этом можно наблюдать компоненту M, колеблющуюся либо в противофазе с управляющим поперечным полем В1
cosωt (т.е. поглощаемую мощность), либо в фазе с ним (рис.3).
Рис. 3. Сигналы магнитного резонанса протона в жидком водороде а) Потеря мощности, б) Компонента М, находящаяся в фазе с поперечным полем.
Методика измерения
Магнитный резонанс наблюдается по изменению магнитного момента M образца вещества, помещенного во внешнее поле. Вектор M равен сумме средних моментов <μ> всех атомных систем, составляющих данный образец, обычно наблюдаемые изменения вектора M обусловлены прецессией моментов <μ> отдельных составляющих, например ядер атомов водорода.
Средний магнитный момент <μ> атомной системы, возникающий в результате парамагнитной ориентации, обычно параллелен локальному полю B0
, которое мы считаем постоянным. Следовательно, если момент <μ> не отклоняется от направления B0
каким-либо возмущающим полем, то он не прецессирует вокруг B0
. При отклонении момента <μ> возникает прецессия с частотой γB0
, гиромагнитное отношение γ предполагается известным из других экспериментов. Отклонение <μ> происходит при наложении переменного поперечного поля напряженности B1
cosωt, если ω совпадает с частотой прецессии γB0
. Такое совпадение частот и обеспечивает возникновение магнитного резонанса. Появление прецессии наблюдается чаще всего по поглощению энергии переменного поперечного поля. Эксперименты по магнитному резонансу позволяют найти распределение поля в веществе в местах расположения токов, для которых наблюдается этот резонанс. Например, в типичном эксперименте по обнаружению резонанса спиновых токов в органических веществах определяются напряженности магнитного поля в местах нахождения различных атомов водорода. Если напряженности Bi
, поля в разных точках образца одинаковы, резонанс наблюдается на одной частоте, которая равна ω при Bi
=B0
и отличается от нее на постоянную величину в противном случае. Изменение величины внутреннего поля от точки к точке приводит к возникновению резонанса на разных частотах.
Список литературы
Фано У., Фано Л. Физика атомов и молекул. Пер. с англ. / Под ред. Л.И. Пономарева. – М.: Наука, 1980.
Физика микромира. Маленькая энциклопедия. [Гл. ред. Д.В. Ширков]. – М.: «Сов. энциклопедия», 1980.
Другие работы по теме:
ЯМР-спектроскопія
Міністерство Освіти та Науки України Національний Технічний Університет України Київський Політехнічний Інститут Реферат на тему: ЯМР-спектроскопія
ЯМР-спектроскопія
Відкриття явища ядерного магнітного резонансу - початок нової області радіоспектроскопії. Резонансне поглинання радіочастотних хвиль, обумовлене переорієнтацією магнітних моментів ядер. Схема пристрою ЯМР-спектрометру. Основні результати ЯМР-досліджень.
Трансформаторы
Понятие трансформатора, его сущность и особенности, принцип работы и назначение. Классификация и разновидности трансформаторов, их характеристика и отличительные черты. Режимы работы различных трансформаторов, методика увеличения их производительности.
Билеты по Физике
Вопросы к экзамену по Физике Электрический ток в электролитах. Законы электролиза. Электропроводимость газов. Самостоятельный и несамостоятельный газовые разряды.
Магнитное поле Процесс формирования
Graphics Магнитное поле Содержание . 1 Чем создаётся 2 Вычисление 3 Магнитные свойства веществ 4 Проявление магнитного поля 5 Взаимодействие двух магнитов 6 Явление электромагнитной индукции 7Токи Фуко Graphics
Изучение контактов и магнитных пускателей
Устройство и принцип работы, неисправности и способы их устранения у контакторов переменного тока и магнитных пускателей. Назначение элементов контактора. Замыкающие и размыкающие контакторы для переключения в цепях управления, блокировки и сигнализации.
Явление резонанса
Демонстрация затухающих и вынужденных механических колебаний. При изучении механического резонанса в курсе общей физики используются демонстрационные опыты, суть которых состоит, как правило, в наблюдении вынужденных колебаний пружинного маят-ника. Однако, получить устойчивые колебания такого маятника в ин-тересующем интервале частот довольно трудно.
Изучение реверсивного магнитного пускателя
Изучение реверсивного магнитного пускателя Цель работы: Научиться собирать схему управления двигателя при помощи реверсивного магнитного пускателя, исследовать работу схемы управления асинхронного двигателя.
Резонансные явления в простейших электрических цепях
Исследование асинхронного трехфазного двигателя с фазным ротором. Схема последовательного и параллельного соединения элементов для исследования резонанса напряжений. Резонанс напряжений, токов. Зависимость тока от емкости при резонансе напряжений.
Силовой трансформатор с явлением намагничивания
Трансформатор - одно из самых распространённых изделий электротехнической промышленности. Они настолько просты по своей конструкции, что улучшить их невероятно трудно. Назначение, схема и устройство трансформатора, работающего на явлении намагничивания.
Квантовые переходы
КВАНТОВЫЕ ПЕРЕХOДЫ, скачкообразные изменения квантового состояния микрообъектов. Излучат. квантовые переходы характеризуются изменением энергии системы в результате поглощения либо испускания квантов электромагн. излучения. Безызлучат. квантовые переходы связаны с перераспределением энергии между разл. подсистемами квантовой системы (напр., подсистемами ядер и электронов молекулы), а также с переносом энергии от квантовой системы к окружению, к-рое может не рассматриваться как часть квантовой системы.
Проекта рнп 1 №4139
Объект исследования– сложные молекулы, их агрегированные формы, кластеры и наноструктуры, находящиеся в гетерогенных условиях
по проекту рнп 1 4139 Отчет 114 с., 1 ч., 66 рис., 11 табл., 114 источников
Самоорганизация, сложные молекулы, наноструктуры, полимерные пленки, квантовохимические расчеты, тетрапиррольные соединения, квантовые точки, стекинг-агрегаты
Явление разделения спина и заряда в сверхтонких проводниках
Электроны являются основными носителями электричества и благодаря им же мы можем изготавливать магниты. Электрический и магнитный заряд переносятся электронами, которые традиционно кажутся не только не имеющими размера, но и неделимыми.
Магнитный заряд и электрический момент
Выведенный в квантовой механике магнитный момент, как близкое по величине значение магнетону Бора, не используется в электродинамике. Эта ситуация как бы подтверждает разрыв электродинамики Максвелла с квантовой механикой Бора.
Генерал Бельграно крейсер
Введение 1 История 2 Фолклендская война 3 Жертвы 4 Резонанс 5 Историческое значение Список литературы Введение «Генерал Бельграно» (исп. General Belgrano) — крейсер военно-морских сил Аргентины, потопленный в мае 1982 года британской подводной лодкой в ходе Фолклендской войны. Потопление крейсера вызвало широкий международный резонанс и стало самым известным эпизодом этого военного конфликта.
Ядерный паритет
Введение 1 США 1.1 Массированное возмездие 1.2 Взаимное гарантированное уничтожение — ядерное сдерживание 1.3 Современная доктрина 2 СССР и Россия 2.1 Ядерный паритет
Ядерный арсенал США
План Введение 1 История Список литературы Ядерный арсенал США Введение Ядерный арсенал США представляет собой совокупность ядерных боезарядов находящихся на вооружении Армии США.
Дамадьян, Реймонд
Введение 1 Биография 1.1 Ранние годы 1.2 Работа над созданием магнитно-резонансной томографии (МРТ) 1.3 Корпорация Fonar 1.4 Вознаграждения и почести
История развития вычислительной техники 2 2
Text Text 1953-1955. IBM 604, IBM 608, IBM 702 1953-1955. IBM 604, IBM 608, IBM 702 1965-1966. БЭСМ-6 60 000 транзисторов 200 000 диодов 1 млн. операций в секунду память – магнитная лента, магнитный барабан работали дл 90-х гг. Graphics
Ядерный реактор
ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР , устройство, в котором осуществляется управляемая ядерная цепная реакция, сопровождающаяся выделением энергии. Первый ядерный реактор построен в декабре 1942 в США под руководством Э. Ферми. В Европе первый ядерный реактор пущен в декабре 1946 в Москве под руководством П. В. Курчатова.
Сущность ядерного страхования
ЯДЕРНОЕ СТРАХОВАНИЕ (англ. nuclear risks insurance) - страхование гражданско-правовой ответственности организации, эксплуатирующей ядерный объект, предусматривающее обязанность страховщика произвести страховую выплату за причинение ядерного вреда (ущерба) в результате ядерного инцидента.
Підсилювачі на НВЧ - транзисторах.
Лекція 31 . Підсилювачі НВЧ відрізняються від звичайних тим, що треба узгодити вхід-вихід та каскади. Наприклад розглянемо еквівалентну схему транзистора АП-326А: