№ 134 (1107958)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультеткафедра общей физики и физики конденсированного состоянияМетодическая разработкапо общему физическому практикумуЛаб. работа № 134ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ МЕТОДОМЯМРРаботу поставил доц. Неделько В.И.Москва 2012 г.Подготовил методическое пособие к изданию доц. Авксентьев Ю.И.3ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ МЕТОДОМ ЯМРОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И СООТНОШЕНИЯВ основе работы магнитометров, использующих явление ЯМР, лежит тообстоятельство, что парамагнитные атомы являются магнитными диполями иведут себя подобно магнитным волчкам.

Когда на свободный парамагнитныйатом действует постоянное внешнее магнитное поле Н0, то ось, по которойнаправлен магнитный дипольный момент М, прецессирует в этом поле почасовой стрелке с частотой ω0, пропорциональной величине поля(1)0   H0 ,где  - отношение магнитного момента атома к его механическому моменту(гиромагнитное отношение) (рис. 1). Для каждого вида атомов  имеет своезначение. Так как  измерено с большой точностью, то значение Н0 легкоопределяется измерением ωо. Угол раствора  , а следовательно, и величинаМНо проекции магнитного момента М каждого диполя на направление поля Н0не изменяются, если на диполь не действуют внешние силы.

При этомсуммарная проекция для совокупности неориентированных диполей ΣМНо = 0(рис.2).Однако в действительности такие силы всегда существуют. В результатехаотических тепловых движений совокупность магнитных диполей атомов,составляющих вещество, постепенно ориентируется в направлении Н0 (рис.3).Суммарная проекция МН0 становится отличной от нуля - МН0 = М+ - М-  0.4Величина этой проекции зависит от величины поля H0, от свойств вещества итемпературы. Суммарная проекцияМН0,определяет суммарнуюнамагниченность вещества M H , содержащего магнитные диполи.

ВеличинуM H можно изменить. Для этого, как ранее указывалось, следует изменитьугол раствора α (рис.1).Предположим, что под прямым углом к Н0 в плоскости, содержащей М иН0, приложено дополнительно малое магнитное поле Н1. На диполь будетдействовать момент силы f, величина и направление которого определяетсяравенством(2)N  MH1 .Увеличение угла  между М и Н0 возможно , если малое поле H1вращается вокруг Н0 синхронно с прецессией диполя (с частотой ω0 ). Еслиже H1 вращается с угловой частотой, отличной от частоты ω0 или с частотой,имеющей противоположный знак, то будут наблюдаться лишь небольшиевозмущения прецессионного движения без существенного изменения M H .Таким образом, намагниченность вещества изменяется, когда угловая частота  2 вращающегося поля становится равной ω0 .(3)2  0   H0 ,где  представляет собой линейную частоту вращающегося поля.Несмотря на то, что создание высокочастотного вращающегося магнитногополя практически вполне осуществимо, обычно пользуются линейноосциллирующим полем.

Действительно, как показано на рис.4, если линейноосциллирующее поле имеет амплитуду 2Н1 , то его можно разложить на два поляс круговой поляризацией, каждая из которых имеет амплитуду H1, но вращаетсяв противоположную сторону в плоскости, перпендикулярной к Н0.Два равных вектора Н1 , вращающиеся в противоположных направлениях,при сложении дают результирующий вектор, совершающий колебания самплитудой 2Н. Постоянное поле Н направлено перпендикулярно плоскостичертежа.Эффект изменения намагниченности будет наблюдаться у компоненты,которая имеет соответствующий знак вращения; другая компонента даетисчезающе малый эффект.

Эффект изменения намагниченности вещества привыполнении условия 0   H0 носит название магнитного резонанса.Магнитный резонанс может наблюдаться в системах, состоящих изпарамагнитных частиц, в качестве которых могут выступать и атомные ядра, вчастности, ядра атомов водорода - протоны, обладающие магнитным дипольныммоментом ~5 IO-24 эрг/гс. Эффект изменения ядерной намагниченности привыполнении условия 0   H0 носит название ядерного магнитного резонанса.5На рис.5 показана блок-схема протонного магнитометра.Рабочим веществом здесь обычно является вода.

Ампулу с водой помещают6в катушку индуктивности колебательного контура генератора высокой частоты(в/ч), которая расположена между полюсными наконечниками магнита. Как ужеговорилось, в магнитном поле большая часть магнитных моментов протоновориентируется так, что вода в целом становится намагниченной. Затемвключают генератор высокой частоты, в результате чего в катушкеиндуктивности образуется переменное магнитное поле Н = 2H1 sin ωt,перпендикулярное к направлению постоянного магнитного поля, создаваемогомагнитом. Далее, изменяя емкость переменного конденсатора, также входящегов колебательный контур генератора, начинают плавно изменять частоту в/чколебаний.

Как уже говорилось, при совпадении частот переменного магнитногополя, создаваемого генератором, с частотой прецессии магнитных моментовпротонов происходит изменение намагниченности воды. Индуктивностькатушки, в которой находится ампула с водой, зависит от намагниченностиводы, поэтому в момент изменения намагниченности воды изменяется величинаиндуктивности катушки, что приводит к изменению амплитуды колебанийвысокой частоты (рис.6).Однако для наблюдений необходимо выделить огибающую в/ч колебаний.Для этого сигнал с в/ч генератора выпрямляют и усредняют.Для наблюдения сигналов постоянное магнитное поле Н0 модулируется.Для этого с генератора звуковой частоты (~ 100 Гц) подают сигнал в катушки,которые расположены так, что их ось расположена перпендикулярно осикатушки индуктивности, в которой находится ампула с водой.

Тот же сигналзвуковой частоты подается на вход осциллограф для запуска развертки луча. Вэтом случае за период модуляции на экран осциллографа два раза подаетсянапряжение, повторяющее форму огибающей в/ч колебаний. Следует отметить,что форма огибающей, наблюдаемой на экране осциллографа, зависит от многихфакторов. Среди них: амплитуда напряжения в/ч колебаний, амплитуданапряжения модуляции, свойства материала, из которого изготовлен магнит,форма полюсов магнита и т.д.В связи с этим каждый раз при работе с прибором следует находитьоптимальные условия наблюдения сигналов.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬЦелью данной задачи является построение зависимости величины индукциимагнитного поля (В), создаваемого катушками Гельмгольца от величины силытока i, протекающего по ним.

Измерение индукции магнитного поля проводится сиспользованием прибора Ш1-1, который является протонным квантовыммагнитометром. Схема измерений представлена на рис.7.71. Проведение измерений прибором Ш1-1а) Подготовка к измерениям1 Подключить к разъемам ВЧ и МОДУЛЯЦИЯ на задней стенке приборасоединительный кабель с датчиком.2. К гнезду ЧАСТОТОМЕР подключить электронно-счетный частотомерЧ3-9.3. Установить переключатель ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ в положение II.4. Установить переключатель КОНТРОЛЬ УРОВНЯ в положениеГЕНЕРАЦИЯ.5. Установить переключатель АПЧ в положение ВЫКЛ.6. Ручки УСИЛЕНИЕ, ФАЗА, МОДУЛЯЦИЯ установить в среднееположение.7.

Включить тумблер СЕТЬ и дать прогреться прибору 15 мин.8. С помощью потенциометра ЯРКОСТЬ добиться появления луча на экранеосциллографа.9. Нажав кнопку, ручкой ЦЕНТРОВКА ЛУЧА установить луч на отметку всередине экрана.б) Проведение измерений1. Установить ручкой ЧАСТОТА шкалу на отметку 55 делений.2.

По стрелочному индикатору. установить напряжение колебаний впределах 2-5 делений на шкале. Ручку УСИЛЕНИЕ установить таким образом,чтобы на экране осциллографической трубки наблюдались шумы измеряемогосигнала.3. Установить переключатель КОНТРОЛЬ УРОВНЯ в положениеМОДУЛЯЦИЯ.РучкойМОДУЛЯЦИЯустановитьтокмодуляции,8соответствующий 2-3 делениям шкалы стрелочного индикатора.4. Медленно вращая ручку ЧАСТОТА добиться появления сигнала ЯМР( рис.6,а или 6,б ).5. Ручкой ФАЗА добиться пересечения резонансных кривых.6.

Ручкой ЧАСТОТА совместить точку пересечения резонансных кривых сотметкой в центре экрана и с помощью частотомера измерить частоту генератораприбора.7. Вычислить индукцию магнитного поляB  k  0.0234874 ,где k  0, 0234874  28 /  и  - измеренная частота.2. Проведение измерении прибором Ч3-9а. Подготовка к измерениям1. Включить кабель питания прибора в сеть. При этом должна зажечьсясигнальная лампочка ВКЛ (ТЕРМОСТАТ).2. Включить тумблер питания прибора. При этом должны зажечься лампочкаСЕТЬ, неоновые лампы отсчетных декад и начать работать вентилятор.3.

Прогреть прибор в течение 5 мин.4. Произвести контроль работоспособности прибора. Для этого необходимоустановить:а) Переключатель РОД РАБОТЫ в положение САМОКОНТР. 10 МГц.б) Переключатель МЕТКИ ВРЕМЕНИ В СЕК. в положение 1.в) Тумблер 1 МГц на задней стенке прибора в положение ВНУТР.г) Регулятор ВРЕМЯ ИНДИКАЦИИ в среднее положение.д) Произвести ряд отсчетов с цифрового табло счетчика.Результаты измерений могут отличаться от частоты 10 МГц не более чемна I Гц.Порядок проведения работыУпражнение 1ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯПОСТОЯННОГО МАГНИТА1.

Включить и подготовить к работе приборы ШI-I и Ч3-9 (согласноинструкции).2. Найти на экране осциллографической трубки Ш1-1 сигнал ЯМР,произвести измерения частоты прибором Ч3-9 и используя расчетную формулу,определить индукцию магнитного поля постоянного магнита.9Упражнение 2ИЗМЕРЕНИЕ ИНДУКЦИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯКАТУШЕК ГЕЛЬМГОЛЬЦА1. Подключить наконечники проводов к источнику постоянного тока ( 24 В наэлектрощитке.2. ВНИМАНИЕ! Эта операция производится преподавателем илилаборантом).2. С помощью реостата установить в цепи ток 0,1 А.3. Найти на экране осциллографической трубки Ш1-1 сигнал ЯМР, замеритьего частоту и определить индукцию магнитного поля, создаваемого постоянныммагнитом и катушками Гельмгольца.4.

Провести аналогичные измерения для значений тока 0,2 А; 0,3 А; 0,4 А; 0,5 А.5. Из полученных значений индукции магнитного поля вычесть значениеиндукции магнитного поля постоянного магнита и построить график зависимостииндукции магнитного поля катушек Гельмгольца от величины силы тока.ЛИТЕРАТУРАСавельев И.В. Курс общей физики: Учеб. Пособие. В 5 кн. Кн.

2.Электричество и магнетизм - 4-е изд., перераб.- М.: Наука. Физматлит. 1998. - 336 с.Глава 7. Магнитное поле в веществе.§ 7.6. Магнитомеханические явления.10.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лабораторной работы