ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ РАДИОВОЛН

СВЧ передатчик и приемник разносят на расстояние один-два метра, направив их антенны друг на друга. Усиление вертикальной развертки осциллографа делают таким, чтобы подаваемый на него сигнал с выхода приемника отображался по всей высоте экрана. Если же в качестве регистратора используется не осциллограф, а громкоговоритель, то звучать он должен достаточно громко.

На передающую антенну сбоку плавно надвигают деревянный брусок размером 30 х 10x6 см. Направление его древесных волокон при этом должно быть горизонтальным. Амплитуда регистрируемого сигнала при этом соответственно уменьшается, а в момент, когда брусок прикрывает ровно половину раструба, сигнал на экране пропадает (рис. 147).

При дальнейшем же надвигании бруска амплитуда сигнала постепенно возрастает, и в момент, когда раструб передатчика оказывается прикрытым полностью, осциллограмма принимает первоначальный вид. Из этого следует, что брусок с горизонтально ориентированными волокнами для СВЧ- радиоволн прозрачен.

Демонстрация интерференции СВЧ радиоволн

Рис. 147. Демонстрация интерференции СВЧ радиоволн.

Пропадание же сигнала в промежуточной стадии опыта обусловлено разделением излучаемого потока на два когерентных и интерферирующих на минимум потоков. Необходимая для интерференции разность фаз достигается тем, что падающая на брусок волна распространяется в нем со скоростью меньшей, чем в воздухе.

Тесла демонстрирует «беспроводное электричество» (со старинной гравюры)

Рис. 148. Тесла демонстрирует «беспроводное электричество» (со старинной гравюры)

ЭЛЕКТРОННЫЙ ПАРАМАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС

В январе 1944 года Евгений Константинович Завойский, исследуя в Казанском университете взаимодействие электромагнитного излучения микроволнового диапазона с солями металлов, заметил, что монокристалл СиС12, помещенный в постоянное магнитное поле индукцией 4 мТл, поглощает электромагнитное излучение частотой около 133 Мгц.

Это привело его к открытию явления электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), ставшего впоследствии исключительно чувствительным и информационным методом исследования свойств конденсированных сред на микроскопическом уровне. Метод ЭПР сегодня широко используется при изучении молекулярных и кристаллических структур, химических реакций, при решении ряда проблем в физике, химии, биологии, медицине, геологии. Открытие ЭПР стало основой создания всемирно известной Казанской школы магнитного резонанса и кафедры квантовой электроники и магнитной спектроскопии в Казанском федеральном университете.

ЭПР основан на поглощении высокочастотного излучения парамагнитным веществом, помещенным во внешнее магнитное поле. В магнитном поле у парамагнитной частицы возникает система магнитных подуровней (эффект Зеемана).

Между ними под действием электромагнитного излучения возникают переходы, приводящие к поглощению фотона.

Частота v ЭПР определяется соотношением

где h - постоянная Планка, g - фактор спектроскопического расщепления, /?- магнетон Бора, Н - напряженность магнитного поля.

В современных ЭПР спектрометрах исследуемый образец объемом несколько мм3 помещается в резонатор, где магнитная составляющая электромагнитной волны, имеет пучность. Резонатор располагается между полюсами электромагнита - источника магнитного поля. Резонансное условие обычно достигается изменением напряженности магнитного поля при фиксированном значении частоты генератора. Сигнал поглощения в виде типичного колоколообразного всплеска отображается на дисплее и регистрируется самописцем.

На рисунке 150 изображена установка для изучения ЭПР в лаборатории физического практикума.

Установка для наблюдения ЭПР

Рис. 150. Установка для наблюдения ЭПР.

Установка состоит из высокочастотного блока 1 со сменной радиочастотной катушкой 2, пары катушек Гельмгольца 3, блока управления 4 и осциллографа 5. Внутри радиочастотной катушки находится ампула с исследуемым парамагнетиком - порошкообразным органическим соединением дифенилпикрингидразилом (ДФПГ). Это вещество используют в большинстве ЭПР спектрометров в качестве репера.

Магнитное поле в области образца настраивают катушками Гельмгольца, подбирая на блоке управления величины постоянной и переменной (50 Гц) составляющих силы тока в катушках. Частоту сигнала, подаваемого на радиочастотную катушку, можно регулировать в пределах от 15 МГц до 130 МГц.

При соблюдении резонансных условий образец поглощает радиочастотную энергию, и генератор в блоке 1 нагружается. В результате изменяется сопротивление радиочастотной катушки и, соответственно, изменяется напряжение на ней. Сигнал изменения напряжения после фильтрации и усиления подается через блок управления на осциллограф и отображается на его экране.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ