Proton mágneses pillanatának meghatározása - laboratóriumi munka
A proton mágneses pillanatának meghatározása
Eszközök és tartozékok: EM-1 elektromágnes, DC tápegység B5-49, mágneses indukciós mérő Ш1-9, frekvencia-mérő Ч3-44, egyenáramú ampermérő.
Bevezetés. A mágneses mező keletkezik, a közegben, nem csak az elektromos áram folyik át a vezetéket, hanem a mozgását a töltött részecskék belül az atomok és molekulák, valamint a saját mágneses momentuma az elektronok és az atommagok. A modern elképzelések saját mágneses anyag miatt három tényező: 1) bolygó mozgása elektronok az atommag körül, 2) a belső mágneses momentuma az elektronok, 3) a belső mágneses momentuma a magok. A jelen munkát az utóbbi jelenség tanulmányozására fordítják.
Jelöljük a mag magmágneses pillanatát. A nagysága nem függ attól a külső mágneses mezőtől, amelyben az ilyen magokat tartalmazó anyag található. A mágneses momentum vektorának iránya egybeesik a szögperiódus irányával. Az arányossági együtthatót gyromágneses aránynak nevezzük
A kvantumelméletnek megfelelően a mag magmágnesességének nagyságát a következő képlet határozza meg:
ahol g a g-tényező (amelyet x-faktorként értelmezünk), amelyet kísérletileg határoznak meg,
I egy egész vagy fél egész szám, amelyet általában a mag spin kvantumszámának (vagy egyszerűen a nukleáris spinnak) neveznek. A spin függ a mag tömegétől és töltésszámától.
N a Bohr nukleáris magneton.
e a proton töltése (egyenlő az elemi töltéssel),
a Planck-állandó 2df-vel osztva.
A külső mágneses tér indukció hatására a magmágneses pillanat bizonyos értelemben orientálódik. Amint az a kvantumelméletből következik, olyan irányok lehetségesek, amelyekben a mágneses nyomaték külső mágneses mező irányába történő vetületét a következő összefüggés határozza meg:
ahol m egy egész szám (egész számára) vagy fél egész szám (fél egész számra). Az m lehetséges értékeinek halmazát a feltétel adja
Az 1. ábrán. Az 1a. Ábrán a mag magmágneses momentumának külső mágneses mezőjében lehetséges orientációkat mutatunk, melynek félidős spinja I = 3/2, valamint a mező irányának a vetülete. Ebben a példában m = -3/2; -1/2; +1/2; +3/2 (a szomszédos értékek közötti különbség mindig egy).
A mag mágneses pillanatának a külső térrel való kölcsönhatása további energia megjelenéséhez vezet
ahol B a mágneses pillanat vetülete a mező irányában.
T
A mágneses pillanatnak a (4) képlet szerinti vetülete, számos diszkrét értéket vehet fel. akkor a mag magának energiaszintje ugyanolyan számú alsórésszel mágneses mezőben oszlik (1.
Az energiaértékek közötti különbség két szomszédos alsó szint között van
A magnak az alacsonyabb energiaszintektől a magasabb szintig történő átviteléhez az elektromágneses energia kiadása szükséges, és egy megfelelő frekvenciájú külső rádiófrekvencia-mező hatására történik. kielégítve az állapotot
Az elektromágneses mező energiafelszívódásának jelensége, amely a mag mágneses momentumának energiaszintjei között állandó mágneses térben történő átmenethez vezet, mágneses rezonancia (NMR).
Amint az a (10) képletből látható, a nagyfrekvenciás sugárzás energiájának rezonancia-abszorpciójának gyakorisága arányos az állandó mágneses mező indukciójával. Ezt a tényt a mágneses indukció legpontosabb mérésére használják jelenleg. Nagy pontosság érhető el, mivel az elektromágneses oszcillációk frekvenciájának mérési technikája nagy tökéletességet ért el, és a mérési folyamat meglehetősen egyszerű és megbízható.
Ennek a laboratóriumi feladatnak az a célja, hogy: 1) megfigyelje az NMR jelét a víz protonjain, 2) meghatározza a proton mágneses pillanatát, 3) mérje meg az elektromágnes mágneses mezőjének indukcióját.
A létesítmény leírása. A laboratóriumi berendezés rendszere a 3. ábrán látható.
1. Az elektromágnes állandó mágneses mező létrehozására szolgál. Erőssége nagy stabilitású áramforrásból (IP) történik, így az indikátor képernyőn lévő NMR jel stabil helyzetben van.
2. Az Ш1-9 készülék két blokkból áll: a generátor és a jelző. Úgy tervezték, hogy nagy pontossággal mérje a mágneses tér indukcióját. A mûködéshez felhasznált fizikai jelenség sajátosságai miatt az érzékelõ helyén mágneses térnek nem lehet rosszabbnak lennie, mint -4 cm -1.
A generátoregység magában foglal egy nagyfrekvenciás generátort, amely elektromágneses rezgéseket generál 1 V-ig terjedő amplitúdóval és 1-30 MHz frekvenciával. Az oszcilláló áramkör nagyfrekvenciás (HF) tekercsét az RF kábelszakaszon lévő generátorblokkból mozgatják, és érzékelőként alakítják ki. A tekercs belsejében (a terminálok a 2. ábrán látható 1. 2. számmal jelöltek) egy diamágneses anyagot helyeznek el, amelynek magjai mágneses nyomatékkal rendelkeznek.
Megváltoztatja a frekvenciát az oszcillátor lehet elérni egyenlő gyakorisága az RF mező frekvenciája precesszió a mágneses momentumát atommagok és megteremtse a feltételeket a rezonáns felszívódását rádiófrekvenciás energia területén, ha teljesíti a (10). Az indikátoregység felismeri és rögzíti az energia felszívódását (az áramkör minőségi tényezőjének csökkentését).
B
Ahhoz, hogy vizuálisan megfigyelni az NMR-jel egy oszcillografus kijelző cső használt alacsony frekvenciájú (LF) modulációja az állandó mágneses tér egy változtatható frekvenciájú 50 Hz és amplitúdója legfeljebb 5 mT (3a ábra). A modulációs tekercsek kimeneteit a 3. 4 számmal jelöltük (2.
A modulációt két kisebb tekercs hajtja végre, amelyek az oszcilláló áramkör nagyfrekvenciás tekercséhez közel helyezkednek el diamágneses mintával. Ezután kétszer egy modulációs időszak rezonancia feltételek és kétszer az abszorpciós jel jelenik meg a oszcillografikus képernyő ( „spike” 1 és 2), mivel a vízszintes letapogatási végezzük ugyanazon modulációs frekvencia (3. ábra, b). Az RF generátor frekvenciájának beállításával az NMR jelek a képernyő közepére kerülnek ("tüskék" 3 és 4). Ebben a helyzetben a modulációs mező nullán áthalad és a rezonancia egy állandó Bconst mágneses mezőben következik be. amelynek értékét meg kell mérni.
Mérést. Annak érdekében, hogy megkönnyítsék a keresést az NMR-jel kívánatos, hogy ismerjük a közelítő értéke a mágneses indukció, amely előállítható más, egyszerűbb, de kevésbé pontos mérési módszerek (például, via millivebermetra, ahogy az №337).
Ellenkező esetben a jelkeresés túl hosszú és időigényes lehet, mivel megjelenése számos feltétel egyidejű teljesítéséhez kapcsolódik. E nehézségek leküzdéséhez ebben a tanulmányban javasoljuk az elektromágnes kalibrációs grafikonját, amelyből az indukciót megközelítőleg az áramló áram nagysága határozza meg.
1. Ellenőrizze, hogy szükség van-e minden mérőműszer csatlakoztatására (lásd a 2. ábrát).
2. A hálózati tápegység B5-49 bekapcsolásához tegye be a 9.0 V és 100 mA kódkapcsolókat (a nulla beállítások nem állíthatók be - ez azzal jár, hogy a készüléket letiltják).
3. Csatlakoztassa az áramellátást a hálózati csatlakozóba.
4. Állítsa a forráskód kapcsolót 59 V-ra. A forrás működésének jelzése a "Stabilizációs mód" jelzőfény. Jelenlegi ». Ebben az állapotban a forrás 100 mA stabilizált áramot ad.
5. Helyezze be a 3. számú NMR érzékelőt az elektromágnes résbe az alumínium betét aljzatába. A bélés célja a következő. Először is, elősegíti a mágneses mező egységességének javítását, mivel biztosítja a pólusainak párhuzamosságát, másodszor pedig az érzékelő helyzetét a résbe helyezi.
A Ш1-9 [7] készülék használati utasítása szerint a harmadik frekvencia harmadik részsávjában a ³3 érzékelő mérni tudja a mezőket 125 és 320 mT között. Abszorbensként ez az érzékelő vizet tartalmaz. Az NMR jel a hidrogénmag-protonokon figyelhető meg. A H 1 kernel centrifugája ½. Egy másik víz, oxigénatom magjai nem adnak NMR-jelet sem ebben, sem más frekvenciatartományban, mivel az O 16 mag mágneses nyomatéka nulla. Ugyanezen okból az oxigén jelenléte nem befolyásolja a rezonancia megfigyelését a protonokon.
6. A mágneses indukciós mérő mindkét blokkját foglalja bele a hálózathoz. A "Generátor" blokkban állítsa be:
kapcsoló "alcsoport" - a 3. pozícióba,
kapcsoló "Munka típusa" - a "Kézi" pozícióba,
kulcs "APCH" - nyomott helyzetben,
A modulációs gomb segítségével állítsa a modulációs áramot 10 μA-ra,
a "HF" és az "LF" fogantyúkat maximálisan kezeli.
A többi toll helyzete önkényes.
7. Kattintson a "Control" gombra a "Indicator" mondatban. A numerikus eredménytáblának a 234,874-es számot kell megjelenítenie. Az ilyen jelzések jelenléte az S1-9 készülék normál működését jelzi.
8
.Az elektromágnes kalibrációs diagram szerint határozza meg, hogy melyik mágneses mező felel meg a pillanatnyilag folyó áramnak. A generátor "Beállítások" gombjaival és durva frekvencia vezérlőgombjaival állítsa az indukciós táblát közel a grafikonon található értékhez. De az NMR-jel nem jelenik meg a képernyőn.
9. Forgassa el az RF generátor frekvenciabeállító gombját és kezelje az "1 - 64" gombokat, keresse meg az NMR jelet, amely a képernyőn körülbelül ugyanolyan megjelenést mutat, mint a 2. ábrán látható. A képernyő körül mozog, miközben a durva és finom frekvencia beállításokat forgatja, ellentétben a zajt és a zavarást, amelyek a helyükön maradnak. Ezen az alapon még egy gyenge NMR jel is azonosítható.
10. A "Phase" gombbal jelezze a jeleket, mielőtt átlapolná azokat.
11. Az RF generátor frekvenciaváltó gombjai kombinálják az NMR jelek középpontját az oszcilloszkóp képernyő függőleges tengelyével (4.
12. Nézze meg, hogy a "Modulation", az "LF" (alacsony frekvenciájú erősítő), a "HF" (a nagyfrekvenciás generátor kimeneti feszültségének amplitúdója) vezérlőgombok hogyan hatnak az NMR jelre. Ebben az esetben fordítson figyelmet az indikátorra. Válassza ki a jelzett vezérlőgombok helyzetét, amelynél a megfigyelt jel a legjobb. Megfelel az olvasás optimális beállításának a táblázatban.
13. Kapcsolja be a frekvencia számlálót. A "számlálási idő" kapcsoló 10 -2 s-ra van állítva. A frekvencia számláló mutatja a HF oszcillátor frekvenciáját .
Amikor megnyomja a "Control" gombot a frekvenciamérőben, meg kell mutatni 1000,010 4 Hz-et, ami a normál működésének jele.
14. Írja le a mágneses mező és a rezonáns frekvencia indukcióját a táblázatban, amikor az NMR jel pontosan a képernyő közepén van (4.
15. Ismételje meg a B és méréseit az 110 i elektromágnes áramával; ... 190 mA minden 10 mA-enként.
16. Mielőtt kikapcsolná az eszközöket minden mérés befejezése után, állítsa be a B5-49 tápegység kódkapcsolóit a kezdeti helyzetbe: 100 mA és 9.0 V. Csak ezután kapcsolja ki a kapcsolót.
A mérési eredmények feldolgozása. 1. Számítsa ki az / и arányt, és keresse meg az / vonatkozó átlagos értékét.
2. A (3) képlet segítségével kiszámolja a Bohr nukleáris magnetont, a táblázatos adatokat a könyvtárból a benne foglalt mennyiségek alapján.
3. A (10) képletből határozzuk meg a protonok g-tényezőjét vízben.
4. Számítsa ki a proton mágneses pillanatát a (2) képletnek megfelelően, és vetítse ki a külső mágneses mező B irányát a (4) képlet segítségével. A B legnagyobb lehetséges értéke NgI. Ez az érték általában a mag magjának mágneses momentuma. amelyet a referencia adatok [4,2,3] adnak meg.
5. Rajzoljunk egy tervet egy proton energiaszintjének egy külső mágneses térbe történő felosztására, hasonlóan a 3. ábrán láthatóhoz.
6. Állítsa be az összes mértékegység mértékegységét.
7. Mérje meg mérései alapján a mező indukció függését az elektromágnes áramával. Hasonlítsa össze a laboratóriumban kínált kalibrálási ütemtervvel. Van különbség köztük, és mi az?
1. Mi a nukleáris mágneses rezonancia jelensége?
2. Miért van szükség az NMR-re ahhoz, hogy mágneses mező magas homogenitással és stabilitással legyen?
3. Miért van szükség változó állandó mágneses mező változtatására?
4. Miért van szinuszos modulációval, az NMR jel kétszer jelenik meg az indikátor képernyőn a modulációs periódus alatt? Mit fogunk megfigyelni, ha a fűrészfog-modulációt a területen alkalmazzuk?
1. Sivukhin DV Általános fizika: Atom- és nukleáris fizika. M. Nauka, 1986. 1. rész. 42. §.
2. Kittel C. Bevezetés a szilárdtestfizikába. M. Nauka, 1978. p.593-603.
3. Pople J. Schneider V. Bernstein G. Nagyfelbontású magmágneses rezonancia spektrumok. M. Izd-vo inostr. Irodalom. 14, 569 (1962).
4. Laboratóriumi gyakorlatok a fizikában / Ed. L.L.Goldina. M. Nauka, 1983. pp. 604-612.
5. Kozlov V.I. Általános fizikai gyakorlat. Villamosenergia és mágnesesség. M. Izd. Moszkvai Állami Egyetem, 1987. 97. o.
6. Abraham A. Nukleáris mágnesesség. M. Izd-vo inostr. Irodalom. 1963.
7. Günter H. Bevezetés az NMR spektroszkópia folyamatába. M. Mir, 1984.
Hasonló grafikák:
Nukleáris mágneses tomográfia
Tanfolyammunka >> Fizika
amely elektromos töltéssel rendelkezik, szintén lehet egy bizonyos mágneses pillanat. A pulzáló NMR a tulajdonságokon alapul. és észrevehetővé válik, ha a protonok és a felület közötti kölcsönhatás korlátozott, például a laboratóriumban.
Az anyag mágneses tulajdonságai (3)
mágneses pillanatok egy külső mágneses mezőben. Mágneses. az anyagok mágneses tulajdonságai. A MAGNETSÁGI ÖSSZEFOGLALÁS KÍSÉRLETI MÉRÉSE A mágneses meghatározás fő kísérleti módszerei. protonkoncentrációt. mágneses érzékenység).
Elektromos áram mágneses mezője
elektronok, protonok. neutronok stb. mágneses jelenségek. bizonyos mágneses tulajdonságokkal. Mágneses jelenségek lejátszása. a mágneses momentum Pm és egy atom Pm orbitális mágneses momentuma az orbitális mágneses pillanatok vektorösszege.
az anyag irreducibilitása. Az anyag dialektikus-materialista definíciója a koncepció azonosítására irányul. a töltés és a proton mágneses pillanata - formai tényezője, valamint a proton elektromos és mágneses polarizálhatóságának felderítése. azaz kap.
energia egység (ae): 1 au = 931,5016 MeV.] A proton és a neutron mágneses momentuma egyenlő. hol van a nukleáris. Az a részecskék eltérése az elektromos és a mágneses térben meghatározta a specifikus töltést (3.