Ćwiczenie 31

 

Wyznaczanie czynnika Landego metodą elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR)

Pobierz instrukcję

Zagadnienia do opracowania.

  1. Energia stanów stacjonarnych elektronów w atomach.
  2. Liczby kwantowe stanów stacjonarnych orbit elektronowych.
  3. Moment magnetyczny chmury elektronowej atomu.
  4. Spinowy moment magnetyczny elektronu.
  5. Magneton Bohra.
  6. Atomy para– i diamagnetyczne.
  7. Całkowity moment magnetyczny atomu.
  8. Związek magnetonu jądrowego z magnetonem Bohra.
  9. Atom w stałym polu magnetycznym:
    1. precesja Larmora;
    2. częstość precesji Larmora;
    3. czynnik Landego.
  10. Oddziaływanie rezonansowe momentu magnetycznego atomu w stałym i zmiennym polu magnetycznym ( w ujęciu klasycznym).
  11. Namagnesowanie paramagnetyka w stałym i zmiennym polu magnetycznym.
  12. Pochłanianie energii zmiennego pola magnetycznego przez namagnesowaną substancję paramagnetyczną:
    1. relaksacja spinowa i jej wpływ naszerokość linii absorpcyjnej;
    2. relaksacja spin– siatka i i jej wpływ na pochłanianie energii zmiennego pola magnetycznego.
  13. Zjawisko elektronowego rezonansu paramagnetycznego w ujęciu kwantowym:
    1. rozszczepienie poziomów energetycznych atomu paramagnetycznego w zewnętrznym polu magnetycznym;
    2. obsadzenia podpoziomów magnetycznych;
    3. częstości rezonansowe przejść w zjawisku elektronowego rezonansu paramagnetycznego.
  14. Widmo elektronowego rezonansu paramagnetycznego:
    1. profil liniiabsorpcyjnej EPR;
    2. szerokość połówkowalinii EPR;
    3. subtelna struktura widma EPR.
  15. Budowa i zasada działania spektrometru mikrofalowego ( z rezonansową i odbiciowąwnęką rezonansową):
    1. klistron jakoźródło mikrofal;
    2. wnęka rezonansowa;
    3. detektor mikrofal.
  16. Optymalne warunki pracy detektora mikrofal przy pomiarach sygnałów EPR w spektrometrach mikrofalowych.
  17. Zastosowania elektronowego rezonansu paramagnetycznego.
  18. Efekt Zeemana w słabych i silnych polach magnetycznych.

Zestaw przyrządów.

  1. Wnęka rezonansowa EPR z cewkami Helmholtza.
  2. Zasilacz EPR.
  3. Zasilacz uniwersalny.
  4. Dwa multimetry cyfrowe.
  5. Oscyloskop DSO 1002 A.
  6. Teslomierz.
  7. Próbka DPPH (Diphenylpicrylhydrazyl).
  8. Przełącznik.

Literatura.

  1. F. Kohlrausch – „Fizyka laboratoryjna”, Tom II, PWN, Warszawa 1961.
  2. R.I. Sołouchin – „Optyka i fizyka atomowa”, PWN, Warszawa 1982.
  3. H. Haken, H. Chr. Wolf – “Atomy i kwanty. Wprowadzenie do współczesnej spektroskopii atomowej”, PWN, Warszawa 1998.
  4. Z. Kęcki – „Podstawy spektroskopii molekularnej”, PWN, Warszawa 1992.
  5. Materiały firmy Phywe – “Electron Spin Resonance”, TEP 5.1.12-00.
  6. F. Kaczmarek – „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki dla zaawansowanych”, PWN, 1982.
  7. S.A. Altszuler, B.M. Kozyriew – „Elektronowy rezonans paramagnetyczny”, PWN,Warszawa 1965.
  8. M. Subotowicz – „Metody doświadczalne w fizyce ciała stałego”, Lublin 1976.
  9. L.A. Blumenfeld, W.W. Wojewódzki, A.G. Siemonow – „Zastosowanie EPR w chemii”, PWN, Warszawa 1967.
  10. I. Bójko –„Wstęp do elektronowego rezonansu paramagnetycznego”, PWN, Warszawa 1982.
  11. Sz. Szczeniowski – „Fizyka doświadczalna”, Tom IV, PWN, Warszawa 1983.
  12. R.P. Feynman, R. Leighton, M.Sands – „ Feynmana wykłady z fizyki”, T.II., cz. 2., PWN, 2004.
  13. L. Tykarski – „Rezonans magnetyczny w fizyce ciała stałego”, Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1990.
  14. J. Stankowski – „Wstęp do spektroskopii rezonansów magnetycznych”, PWN, Warszawa 2005.
  15. R.G. Marcley – “Apparatus Drawings Project. Report Number 19. Apparatus for Electron Paramagnetic Resonance at Low Fields”, Am. J. Phys. 29, 492 (1961).
  16. R.S. Alger – “Electron Paramagnetic Resonance: techniques and applications”, N.Y. 1968.
  17. V. Acosta, C.L. Cowan, B.J. Graham – „Essentials of Modern Physics’, Harper & Row, Publishers, New York 1973.
  18. A. Reimann – “Physics”, Vol.III. “Modern Physics”, Harper & Row, Publishers Inc., 1973.
  19. J.A. Weil, J.R. Bolton – “Electron Paramagnetic Resonance: Elementary Theory and PracticalApplications”, Wiley, New York 2001.
  20. R.P. Feynman, R. Leighton, M. Sands – “The Feynman Lectures on Physics”, Vol. II. Part 2., Addison – Wesley, 2005.

 

 

Determination of the Landé factor using electron paramagnetic resonance (EPR)

Download instruction

Background theory

  1. Electron energy levels in atoms.
  2. Quantum numbers of electron energy levels.
  3. Magnetic moment of the electron shell of an atom.
  4. Electron spin magnetic moment.
  5. Bohr magneton.
  6. Para and diamagnetic atoms.
  7. The total magnetic moment of an atom.
  8. Relationship between the nuclear magneton and Bohr magneton.
  9. Atoms in a constant magnetic field:
    1. Larmor precession;
    2. Larmor precession frequency;
    3. Landé factor.
  10. Resonance interactions of atomic magnetic moments in a fixed and a variable magnetic field (in classical terms).
  11. Paramagnetic magnetisation in fixed and variable magnetic fields.
  12. Energy absorption from a varying magnetic field by magnetised paramagnetic substances:
    1. spin relaxation and its effect on absorption line widths;
    2. spin – grid relaxation and its impact on energy absorption from a varying magnetic field.
  13. Quantum description of electron paramagnetic resonance:
    1. energy level splitting of paramagnetic atoms in an external magnetic field;
    2. filling of the magnetic sublevels;
    3. resonance transition frequency in electron paramagnetic resonance.
  14. Electron paramagnetic resonance spectrum:
    1. EPR absorption line profiles;
    2. half-width of EPR lines;
    3. fine structure of EPR spectra.
  15. Construction and operation of microwave spectrometers (with resonance and reflective cavity resonance):
    1. klystron as a source of microwaves;
    2. resonance cavity;
    3. microwave detector.
  16. Optimal microwave detector operating conditions for measuring EPR signals with microwave spectrometers.
  17. Applications of electron paramagnetic resonance.
  18. Zeeman effect in weak and strong magnetic fields.

Apparatus

  1. EPR resonance chamber with Helmholtz coils.
  2. EPR power supply.
  3. Universal power supply.
  4. Two digital multimeters.
  5. DSO 1002 A oscilloscope.
  6. Teslameter.
  7. DPPH (Diphenylpicrylhydrazyl) sample.
  8. Switch.

Literature

  1. R.G. Marcley – “Apparatus Drawings Project. Report Number 19. Apparatus for Electron Paramagnetic Resonance at Low Fields”, Am. J. Phys. 29, 492 (1961).
  2. R.S. Alger – “Electron Paramagnetic Resonance: techniques and applications”, N.Y. 1968.
  3. V. Acosta, C.L. Cowan, B.J. Graham – “Essentials of Modern Physics”, Harper & Row, Publishers, New York 1973.
  4. A. Reimann – “Physics”, Vol. III. “Modern Physics”, Harper & Row, Publishers Inc., 1973.
  5. J.A. Weil, J.R. Bolton – “Electron Paramagnetic Resonance: Elementary Theory and Practical Applications”, Wiley, New York 2001.
  6. R.P. Feynman, R. Leighton, M. Sands – “The Feynman Lectures on Physics”, Vol. II. Part 2., Addison – Wesley, 2005.