Изучение ферримагнитного резонанса

Лабораторная работа №4.

Цель работы. Снять резонансную кривую. О пределить фактор Ланде и среднее время жизни электрона на верхнем подуровне в атоме, находящимся в магнитном поле.

Приборы и принадлежности. Генератор СВЧ сантиметрового диапазона. Волноводы. Волновод с ферритовой сферой. Детекторная секция. Милливольтметр. Электромагнит. Амперметр с пределом измерений до1 (или 2) ампер. Градировочный график (или таблица связывающая значения индукции магнитного поля между полюсами электромагнита с величиной тока, протекающего по его обмотке). Низкоомный реостат. Реверс тока. Источник питания электромагнита.

Задание 1. Теоретическая подготовка.

1.1 Спин и магнитный момент электрона. Магнетон Бора.

1.2 Энергия магнитного диполя в магнитном поле.

1.3 Нормальный эффект Зеемана.

1.4 Природа ферромагнетизма.

1.5 Магнитный резонанс.

1.6 Исходя из поставленной цели, выписать рабочие формулы с расшифровкой, входящих в них физических величин. Подготовить формулы для расчета погрешностей.

Задание 2. Собрать и проверить экспериментальную установку.

2.1 Собрать экспериментальную установку согласно схем (см. рис.1 и рис.2).

2.2 Включить генератор СВЧ и милливольтметр, дать им некоторое время прогреется.

2.3 По заданию преподавателя выставить частоту по лимбу генератора СВЧ.

2.4 Добиться максимальной мощности излучения генератора по показаниям милливольтметра.

2.5 Подать ток в обмотку электромагнита и, изменяя его величину от минимального значения до максимального с помощью реостата, убедится, в наличии резонансного поглощения.

Задание 3. Снять резонансную кривую.

3.1 Выключить питание электромагнита.

3.2 С помощью аттенюатора выставить такое значение показания на милливольтметре, чтобы стрелка прибора не доходила на 5 или 6 делений до номинального значения. Значение записать в таб.1.

3.3 Включить питание электромагнита и, плавно изменяя ток от нуля до максимального значения, снять зависимость показаний милливольтметра (в относительных единицах) от силы тока, протекающего по обмотке электромагнита. Данные занести в таблицу (см. таб.1).

3.4 Опыт повторить, выставляя те же значения тока, протекающего через электромагнит.

Задание 4. Построить резонансную кривую и рассчитать среднее время жизни электрона на подуровне.

4.1 Усреднить полученные данные по милливольтметру.

4.2 Рассчитать степень ослабления мощности электромагнитной волны L, прошедшей через ферритовую сферу.

4.3 Построить график зависимости степени ослабления от индукции магнитного поля (индукцию магнитного поля определить, используя градировочную таблицу для данного электромагнита).

4.4 Рассчитать фактор Ланде и среднее время жизни электрона на верхнем подуровне.

Задание 5. Изменить частоту электромагнитной волны на 5¸10% и повторить задания 3 и 4.

** Примечание: под степенью ослабления мощности понимают отношение

,

где U(0) – показание милливольтметра при отсутствие тока в электромагните, а U_i(I_i) - показание милливольтметра, когда через него протекает ток I_i.

Литература. [2, 3]

Контрольные вопросы.

1. Как связаны между собой спиновой и магнитный моменты электрона? орбитальные моменты?

2. Какие значения может принимать проекция спинового магнитного момента на направление внешнего магнитного поля?

3. Что понимается под магнетоном Бора?

4. Как рассчитать энергию магнитного диполя в магнитном поле?

5. Что понимают под нормальным эффектом Зеемана? под аномальным?

6. В чем причина расщепления энергетических уровней атомов в магнитном поле?

7. Что понимают под магнитным резонансом? Какие виды магнитного резонанса Вы знаете?

8. Чем объясняется конечная ширина резонансной кривой?

Таблица 1.

№	I, A	B, mTл	U1,от.ед	U2,от.ед	U3,от.ед	<U>,от.ед	L
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -----------------------------------------------------------------------------------
n