Магнитное поле - ядро
Cтраница 3
В отличие от непрерывного излучения спектральное излучение генерируется на определенных частотах атомными и молекулярными процессами. Фундаментальное значение имеет линия нейтрального атомарного водорода на частоте 1420 405 МГц, соответствующая переходу между двумя энергетическими уровнями атома, определяемыми ориентацией вектора спина электрона в магнитном поле ядра. Собственная ширина водородной линии пренебрежимо мала, но доплеровские сдвиги частоты вследствие теплового движения атомов и крупномасштабного движения облаков газа приводят к уширению этой линии излучения. Полное доплеровское уширение в нашей Галактике составляет несколько сотен килогерц. Сравнение наблюдаемых скоростей газа со скоростями из моделей галактического вращения дает информацию о галактической структуре. [31]
Смысл этого явления заключается в следующем. Если какое-либо вещество содержит атомы, ядра которых имеют магнитный момент ( такими атомами являются водород, азот, фтор, фосфор; углерод и кислород имеют немагнитные ядра), то в магнитном поле ядра этих атомов стремятся ориентироваться по полю. В результате существования нескольких ориентации ядерных моментов в магнитном поле уровни энергии атомов расщепляются на так называемые подуровни сверхтонкой структуры. Как известно из атомной теории, если спин частицы ( ядра) равен /, то происходит расщепление уровня энергии на 2 / 1 подуровня, соответствующих разным ориентациям магнитиков в пространстве. Если наложить на образец, помещенный в постоянное магнитное поле, некоторое слабое переменное поле, то при определенных условиях резонанса, когда энергия квантов электромагнитного поля точно равна разности энергетических уровней магнитиков, будет наблюдаться поглощение электромагнитной энергии в образце, которое может быть легко измерено. Условие резонансного поглощения hvHgii, где h - постоянная Планка, v - частота электромагнитных колебаний, ( д, - магнитный момент ядра, g - постоянная сверхтонкой структуры, Н - магнитное поле. [32]
Смысл этого явления заключается в следующем. Если какое-либо вещество содержит атомы, ядра которых имеют магнитный момент ( такими атомами являются водород, азот, фтор, фосфор; углерод и кислород имеют немагнитные ядра), то в магнитном поле ядра этих атомов стремятся ориентироваться по полю. В результате существования нескольких ориентации ядерных моментов в магнитном поле уровни энергии атомов расщепляются на так называемые подуровни сверхтонкой структуры. Как известно из атомной теории, если спин частицы ( ядра) равен /, то происходит расщепление уровня энергии на 2j - - l подуровня, соответствующих разным ориентациям магнитиков в пространстве. Если наложить на образец, помещенный в постоянное магнитное поле, некоторое слабое переменное поле, то при определенных условиях резонанса, когда энергия квантов электромагнитного поля точно равна разности энергетических уровней магнитиков, будет наблюдаться поглощение электромагнитной энергии в образце, которое может быть легко измерено. Условие резонансного поглощения hvHg i, где h - постоянная Планка, v - частота электромагнитных колебаний, ц, - магнитный момент ядра, g - постоянная сверхтонкой структуры, Н - магнитное поле. [33]
В отсутствие внешнего магнитного поля ядра ориентированы хаотично и занимают положения с разной энергией. При наложении магнитного поля ядра могут занять различные энергетические уровни в соответствии с определенными ориентациями по отношению к магнитному полю. [34]
Рассмотрим соединение, молекула которого содержит ядро со спином и соответствующим магнитным моментом. В отсутствие внешнего поля магнитные моменты ядер ориентированы хаотично и все ядра занимают состояния с равной энергией. При наложении магнитного поля ядра могут занять различные энергетические уровни в зависимости от дозволенных значений ядерного спинового квантового числа тх и в соответствии с определенными ориента-циями по отношению к магнитному полю. Точная их величина рассматривается ниже. [35]
Под ядерным магнитным резонансом понимают резонансное поглощение электромагнитных волн веществом, находящимся в постоянном магнитном поле, обусловленное магнетизмом ядер. В этом случае ядерные магнетики начинают вращаться ( прецессировать) с ларморовской частотой вокруг направления поля. В результате действия магнитного поля ядра распределяются по энергетическим уровням, причем их число в каждом состоянии ( населенность) зависит от разности энергий соседних уровней и определяется уравнением Больцмана. Больше всего частиц собирается на самом нижнем энергетическом уровне. [36]
Кроме внешнего магнитного поля электрон оказывается также в магнитном поле ядра. [37]
Сверхтонкое взаимодействие обусловливает мультиплетную структуру некоторых из уже упоминавшихся спектров. Дело в том, что многие ядра имеют собственный момент количества движения - ядерный спин и, следовательно, собственный магнитный момент. Поэтому в радикалах, содержащих одно или несколько таких магнитных ядер, на электрон будет действовать не только внешнее приложенное поле, но и магнитное поле ядер. [38]
 |
Спин-спиновое взаимодей - [ IMAGE ] 38.. ПМР-спектр системы ствие двух протонов. СН - СН2 - . [39] |
Ценную информацию о строении органических соединений мож-но получить не только на основании величин химических сдвигов, но и из характера спин-спинового взаимодействия, которое проявляется в расщеплении сигналов. Это явление вызвано взаимодействием спинов неэквивалентных протонов через валентные электроны. Если имеется система двух неэквивалентных протонов Нд и НБ, то информация о состоянии спина протона Нд передается через валентные электроны протону НБ и наоборот. В магнитном поле ядра со спином 1 / 2 могут находиться в двух состояниях: с магнитным моментом, ориентированным по направлению поля и против него. Каждое из этих состояний вносит свой вклад в приложенное внешнее магнитное поле. Рассматриваемые ядра, следовательно, находятся под влиянием двух локальных полей: одного, уменьшенного по сравнению с Н, и другого, увеличенного на такую же величину. Поэтому вместо одного сигнала протона НБ в спектре появятся два сигнала. [40]
Рассмотрим это на примере переориентации магнитного момента электрона. Электроны и ядра атомов являются частицами с магнитными моментами. Электрон как гироскоп прецессирует вокруг оси, которая совпадает с направлением поля ядра атома. Возможны две ориентации магнитного момента электрона: по направлению магнитного поля ядра атома и против поля. [41]
Предположим, что на рассматриваемую систему воздействует внешнее магнитное поле ( как в экспериментах по электронному парамагнитному резонансу), которое достаточно сильно, чтобы удерживать оба интересующих нас магнитных момента параллельно друг другу. Тогда энергия магнитного взаимодействия определяется, как в классической задаче о взаимодействии двух параллельных диполей: она зависит от г как г - 3, а от угла 0 как 1 - 3cos20 ( рис. С. Если неспаренный электрон занимает s - орбиталь атома с магнитным ядром, то он распределен вокруг ядра изотропно ( рис. С. Если электрон занимает р-орби-таль атома с магнитным ядром, его распределение вокруг ядра неизотропно и в одних областях магнитного поля ядра электрон испытывает более сильное воздействие, чем в других ( рис. С. В этом случае энергия взаимодействия отлична от нуля. [42]
Существование джетов и биполярных потоков у молодых звездных объектов - еще одно косвенное свидетельство того, что их околозвездные диски являются аккреционными, потому что наблюдаемое истечение вещества - это единственный способ для звезды освободиться от избыточного углового момента, поступающего из диска. Во всех механизмах ветер образуется во внутренней намагниченной части диска вблизи звезды, и энергетическим источником является аккреция газа из диска на звезду. Различие моделей заключается в природе магнитного поля. В модели дискового ветра или магнитоцентробежного истечения из диска ( Кенигл, Пудриц, 2000) магнитное поле является реликтом магнитного поля родительского ядра молекулярного облака. В другой модели ( Шу и др., 2000) ветер образуется при взаимодействии диска с магнитным полем звезды. [43]
Каждому состоянию соответствует определенный уровень энергии атома. При изменении ориентации магнитного момента электрона происходит излучение или поглощение кванта электромагнитной энергии. Атом каждого вещества имеет свою частоту излучения. Изменение ориентации магнитного момента электрона происходит под воздействием внешнего электромагнитного поля, частота которого должна совпадать с частотой гиромагнитной прецессии электрона ( лар-моровской частотой) ( o fieHi / fiS, где hS - механический вращательный момент электрона; Я / - напря-женность магнитного поля ядра; h Л / 2я, h - постоянная Планка; S - спин электрона. [44]
Каждому состоянию соответствует определенный уровень энергии атома. При изменении ориентации магнитного момента электрона происходит излучение или поглощение кванта электромагнитной энергии. Атом каждого вещества имеет свою частоту излучения. Изменение ориентации магнитного момента электрона происходит под воздействием внешнего электромагнитного поля, частота которого должна совпадать с частотой гиромагнитной прецессии электрона ( лар-моровской частотой) ш це / / 1 / п5, где hS - механический вращательный момент электрона; Я) - напряженность магнитного поля ядра; h А / 2п, / I - постоянная Планка; S - спин электрона. [45]
Страницы: 1 2 3