Резонанс туралы мәлімет

 

Мазмұны

 

Кіріспе

• 1 Акустикалық резонанс
• 2 Резонанс жиілігі
• 3 Резонанстық сәулелену
• 3.1 Гамма-сәулеленудің резонанстық жұтылуы
• 3.2 Жарықтың резонансты жұтылуы
• 4 Резонанс құбылысы
• 5 Резонанс қисығы
• 6 Резонанс жиілігі
• 7 Резонансты үдеткіш
• 8 Резонанстық шашырау
• 9 Магниттік резонанс
• 10 Электрондық парамагниттік резонанс

 

 Пайдаланған әдебиеттер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кіріспе

 

 

 

Резонанс (лат. resono, фр. resonance — үн қосу, дыбыс қайтару) — периодты түрде сырттан әсер етуші күштің жиілігі тербелмелі жүйенің меншікті жиілігіне жақындағанда сол тербелмелі жүйедегі еріксіз тербелістер амплитудасының күрт арту құбылысы; мәжбүр етуші күштің жиілігі жүйе тербелісінің меншікті жиілігіне жуықтаған кезде жүйедегі мәжбүр тербеліс амплитудасының кенеттен артып кету кұбылысы.

Резонансты алғаш рет  механика және акустикалық құбылыс  ретінде италиян ғалым Г.Галилей, ал электр-магниттік жүйелерде, мысалы,тербелмелі контур арқылы ағылшын ғалымы Дж.Максвелл (1831 — 1879) қарастырған (1868). Жүйеге гармондық сыртқы күш (F) әсер еткенде массасы m-ге тең дененің қозғалыс теңдеуі мына түрде жазылады:

мұндағы F₀ — сыртқы күштің амплитудасы, v — сыртқы әсердің жиілігі, х — ауытқу, — масса жылдамдығы, a— масса үдеуі, b — үйкеліс коэфф., k — қатаңдық коэфф. Бұл теңдеудің шешуі болады. Мәжбүрлеуші күштің жиілігі тербелмелі жүйенің жиілігіне жақындаған сайынтербеліс амплитудасының қалай өсетіні осы формуладан айқын көрінеді.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Акустикалық резонанс

 

Қарапайым мысал қарастырайық. Меншікті тербеліс жиіліктері бірдей екі камертон алып, оларды бір-біріне жақынырақ қояйық та, олардың бірін тербелтейік. Сәл уақыттан кейін оның тербелісін қолымызбен басып тоқтатсақ, екінші камертонның дыбыс шығарып тұрғанын естиміз. Ал екінші камертонды ешкім тербеліске келтірмегендіктен, "оның тербелуіне бірінші камертоннан ауа арқылы берілген тербеліс ықпал етті" деген қорытындыға келеміз.

Енді екінші камертонды меншікті тербеліс жиілігі бірінші камертондыкінен  өзгеше камертонмен алмастырып, тәжірибені қайталайық. Бұл кезде екінші камертонның  дыбыс шығармайтынын байқауға болады. Бірінші жағдайда камертондардың меншікті тербеліс жиіліктері сәйкес келгендіктен, резонанс құбылысы байқалды. Екінші жағдайда камертондардың меншікті тербеліс жиіліктері сәйкес келмегендіктен, резонанс туындаған  жоқ. Бірінші жағдайда қарастырылған  құбылыс акустикалық резонанс деп  аталады.

Осы акустикалық резонанс құбылысын пайдаланып, тербелетін денеден  шығатын дыбысты күшейтуге болады. Сондықтан камертондар арнайы жәшіктерге орнатылады. Жәшіктің меншікті тербеліс жиілігі камертонның шығаратын  дыбыс жиілігіне үндестіріледі.^[2]

Резонанс жиілігі

Резонанс жиілігі - резонанс кұбылысы басталатын тербеліс жиілігі.

Резонанстық сәулелену

Резонанстық сәулелену - жиілігі  сәуле алған зат флуоресценциясының жиілігімен сәйкес электромагниттік сәулелену.

Гамма-сәулеленудің резонанстық жұтылуы

Гамма-сәулеленудің резонанстық  жұтылуы -ядроның қозған күйге өтуімен шартталған атом ядросының гаммакванттарды жұтуы.

Жарықтың резонансты жұтылуы

Жарықтың резонансты жұтылуы - жұтушы орта атомдарының негізгі  күйден қозған күйге өтуіне сәйкес жиіліктегі жарықтың жұтылуы.

Резонанс құбылысы

Резонанс құбылысы табиғатта, ғылым мен техникада маңызды орын алады. Резонанс құбылысын машиналар мен механизмдер жасауда, көпірлер мен ғимараттар салуда, т.б. мұқият ескеру керек. Радиотехникада Резонанс құбылысы маңызды рөл атқарады.^[3]

Резонанс қисығы

Резонанс қисығы - мәжбүр тербелісті сипаттайтың кандай да бір  параметрдің (амплитуданын, фазаның  және т.б.) Сырткы әсердің жиілігіне  тәуелділік графигі.

Резонанс жиілігі

Резонанс жиілігі –– резонанс құбылысы басталатын тербеліс жиілігі.

Резонансты үдеткіш

Резонансты үдеткіш-үдеуі  жоғары жиілікті электр өрісінде өтетін және бөлшектер осы өрістің өзгеруімен резонансты қозғалатын зарядталған  бөлшектер үдеткіші.

Резонанстық шашырау

Резонанстық шашырау -жарықтың жарық толқындарының жиілігі орта атомындағы электрондардың меншікті тербеліс жиілігіне жақын жағдайда шашырауы.

Магниттік резонанс

 

 

ЯМР томографы.

Магниттік резонанс — зат бөлшектерінің (электрондардың, атом ядроларының) магниттік моменттері бағдарларының өзгеруіне байланысты заттың белгілі бір жиіліктегі ) бар бөлшектің энергетикалық деңгейлері сыртқы магнит өрісінде (Н) магниттік қосалқы деңгейлерге жіктеледі; олардың әрқайсысына магнит өрісіне (Н) қатысты магнит моменттің белгілі бір бағдары сәйкес келеді (қ.m) электрмагниттік толқындарды таңдап жұтуы. Магниттік моменті (w( Зееман эффектісі) электр-магниттік өріс қосалқы магнит деңгейлер арасындаw). Резонанстық жиіліктегі ( кванттықауысу туғызады. Резонанс шарты:

• түрінде жазыладыw=D
• магнит қосалқы деңгейлер арасындағы энергия айырымы.D

Егер элетр-магниттік  энергияны жұту процесі ядролар  арқылы жүзеге асса, онда Магниттік  резонанс ядролық магниттік резонанс (ЯМР) деп аталады. Парамагнит атомындағы қосарланбаған электрондардың магнит моменті нәтижесінде пайда болатын Магниттік резонансты электрондық парамагниттік резонанс (ЭПР) деп атайды. Магнит реттелген заттардағы электрондық Магниттік резонанс ферромагнит жәнеантиферромагнит 103—104) ЯМР-дың жиіліктері қысқа~Магниттік резонанс деп аталады. Әдетте, қолданылатын магнит өрістерде (радиотолқындар диапазонына (106–107Гц), ал ЭПР жиіліктері аса жоғары жиілік диапазонына (109 — 1010Гц) орналасады. Магниттік резонанстың спектрлері затта әсер ететін әр түрлі ішкі өрістерге сезімтал келеді. Сондықтан Магниттік резонанс қатты денелердің және сұйықтықтардың құрылымын, атом және молекулалық динамиканы, т.б. зерттеу үшін қолданылады.

Электрондық парамагниттік  резонансты (ЭПР. ESR) Е.К.Завойский (1944) ашқан. Бұл тұрақты магниттік моментке ие болатын, құрамында бөлшектері (атомдары, молекулаларьі,иондары) бар жүйенің өзіне электромагниттік өріс знергиясын резонансты сіңіру кұбылысы. Мұндайда кеңістікте әр түрлі бағыттағы магниттік моментімен байланысқан энергетикалық деңгейлері арасында энергияның сіңірілуі индукцияланады. 
Тұрақты магниттік өріс жоқ кезде магниттік моменттер емінеркін бағытталып, жүйенің күйі энергия бойынша төмендейді, ал моменттер қосындысы нөлге тең. Магниттік өрісті берген кезде жүйедегі төмендеу алынады да, өріс бағытындағы магниттік моменттік проекциясы квантталу ережесіне сәйкес белгілі мәндерге ие болады, деңгей энергиясы (Е0) ыдырайды. Ондағы туындайтын деңгейшелердің арақашықтығы өрістің кернеулігіне тэуелді болады:

 

 

мұндағы g - спектроскопиялық ыдырау факторы. μ - Бор магнитоны. Н - өрістің кернеулігі. 
Электрондардың денгейшелер бойынша таралуы Больцман заңына бағынады, ондағы денгейшелердің толықтырылуы келесі өрнек арқылы анықталады:

 

 

Егер үлгі жиілігі v айнымалы магниттік өрістің әсеріне ұшыраса:

 

 

резонанс пайда болады. осы кезде көршілес деңгейшелер арасындағы ауысулар индукцияланады, бұл жағдайда кванттын hv сіңірілуі мен шығарылу мүмкіндігі тен болады. Көбіне айнымалы өрістің (оның магнитгік құраушысының) энергияны резонанстық сіңіруі басымырақ өтеді, өйткені Больцманның таралуына сәйкес (0,2%) төменгі деңгейдегі электрондар саны артық. 
           Алайда энергияның сіңірілуін үздіксіз байқау үшін резонанстың шарты жеткіліксіз, өйткені электромагниттік сәуле шығарулар әрекеттескен кезде деңгейшелер орналасуының теңелуі өтеді. Электрондық деңгейшелердің орналасуында Больцмандық таралуды ұстап түру үшін релаксациялық процесс кажет. Электрондардын қоздырылған күйден негізгі күйге релаксациялық ауысуы қоршаған ортамен энергия алмасқанда жүзеге асады. Деңгейшелер арасындағы торлар электрондармен индукцияланған кезде алмасу жүреді (спин-торлы релаксация). Энергияның артығы электрондар арасында қайта таратылады (спин-спинді релаксация). Электромагниттік сәуле шығару әсер еткеннен кейін жүйенің негізгі күйге қайту жылдамдығының сандық өлшемі - спинторлы Т және спинспинды релаксация Т2 уақыты. Сонымен ЭПР спектрі дегеніміз, спиндік жүйенің электромагниттік энергияны сіңіруін тіркейтін, орнықты да тұрақты қондырғы. 
            ЭПР спектрінің негізгі параметрлері интенсивтік, резонанстық сызықтың пішіні мен ені, g-фактор, жұқа және асқын жұқа құрылым болып саналады. Іс жүзінде сіңіру қисығынын бірінші туындысы - жиі, ал екіншісі сиректеу тіркеледі. Бұл қисықтар алынатын мәліметті айқындап, сезімталдылықты арттыруға мүмкіндік береді. 
Т2-нін физикалық жүйедегі мағынасы мынада: әрбір электрондық спин өзінің аумағынан аспайтын, басқа электрондардың тұрған жерінде өрістің пайда болуына, Н өрістің резонанстық мөнін реттеп, сызық өнінің кеңеюіне себепші болады. Ланденнің спектроскопиялық ыдырауы g-факторы мынаған тен:

 

 

мұндағы L, S, I - орбиталдық спиндік, қозгалыс мөлшерінің толық моментіне сәйкес кванттық сандар. Қосымшаны ескергендегі таза спиндік магнетизмдік жағдай үшін (L=0) g=2,0023. Бұл шамадан ауытқу резонанстық өрістің мөлшерін өзгертуге келтіретін орбиталдық магнетизмнің қосылуымен байланысты, g - ион коршауына аса сезімтал фактор:

 

 

мұндағы λ - спин-орбиталдық өзара әрекеттестік тұрақтысы, Δ - лигандалар өрісіндегі ыдырау. Бос органикалық радикалдарда Δ мәні өте үлкен, λ - кіші және теріс. 
Спиндік жүйедегі магниттік әрекеттесу анизатропты. Магнигтік өрістің резонанстық мәні мен g-фактор шамасы магниттік өрістің салыстырмалы бағдары мен кристаллографиялық (немесе молекулалық) өске тәуелді. Сұйық фазада g-факторды изотропты орташа мәнге келтіре отырып, анизатропты өзара әрекеттестік орнатуға болады. Ал қатты күйдегі спин жүйесінін құрылымы меп химиялық қоршауына тәуелді орташаланудың (қатты фазаның) болмауынан цилиндрлік (өстік) немесе төменгі симметрия жүзеге асады. Бірінші жағдайда g / r деп бөлінеді.

Жұқа құрылым

Құрамында бірден көп жүптасқан электроны (S>l/2) бар парамагниттік иондардың ЭПР спектрінде туындайды. Мысалы, S = 3/2 бар ионға тұрақты магнит өрісін бергенде (2S + 1) деңгейше түзіледі, онда бос иондардың ара қашықтығы бірдей, квантты сіңіргенде бір резонансты сүйірше байқалады. Иондық кристалда ондағы кристалдық өрістің бірдей болмауынан спиндік жүйедегі жарғы деңгейшелер аралықтары әр түрлі болады. Нәтижесінде электромагниттік сәуле шығаруды сіңіру өрістің әр түрлі мәнінде жүреді. Бұл ЭПР спектрінде үшрезонанстық сызықтың пайда болуына келтіреді.

Әсіре жуқа құрылымдағы

ЭПР спектрлері – жұпғаспаған  электронның магниттік моментінің ядро магниттік моментімен өзара әрекеттесуінен пайда болған маңызды мәліметтерді береді. Айталық сутек атомындағы жұптаспаған электронының магниттік және протонының ядролық спині пайда болған локальды өрісте орналасқан делік. Бұл жағдайда ядролық спиннің магниттік еріске катынасы екі түрлі бағыт алуына мүмкіндігі болады: осы өрістік тура және кері бағыты бойынша, ал бұл орбір зеемановтық деңгейдің екіге бөлінуіне келтіреді. 
Белгіленген жиілік кезінде бір резонанстық сіңіру сызықтарынып орнына аралығы, әсіре жұқа өзара әрекеттестік тұрақтысы деп аталатын екі сызық туындайды: a = 5,12 • 10^-2 Тл. 
        Жұптаспаған электронның I спині бар ядромен осындай әрекеттесуі болғанда ЭПР сіңіру сызықтары интенсивтікке тең (2 1+1) құрамдас бөлікке ыдырайды. Бұған эквиваленттік ядро спектрде тең орналаскан (и +1) эквидистантты орналасқан сызықтар пайда болады, бұлардың интенсивтікке қатысты биномды ыдырау коэффициентіне пропорционал (1 + X)". Жеке алынған нақты әрбір жағдайдағы ядролық спиндердің бағытталуы мультиплеттік және интенсивтік бағдарымен анықталады. 
        Аса жуқа қабаттың өзара әрекеттесуін екі типке бөледі: анизотропты ядро мен жұптаспаған электронның диноль-дипольдік әрекеттесуімен байланысты; изотропты ядро нүктесіндегі жұптаспаған электронның спиндік тығыздығы нөлге теңелгенде туындайды. Бірінші тектегі әрекеттесу ядро мен электронды қосатын сызыққа және магниттік өріс бағытының арасындағы бұрышқа 0 тәуелді, онын шамасы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланған әдебиеттер

 

1. Jump up↑ Орысша-қазақша түсіндірме сөздік: Механика / Жалпы редакциясын басқарған э.ғ.д., профессор Е. Арын - Павлодар : «ЭКО»ҒӨФ. 2007.-29 1 б. ISBN 9965-08-234-0
2. Jump up↑ Физика және астрономия: Жалпы білім беретін мектептің 9-сыныбына арналған оқулық. Өңд., толыкт. 2-бас. / Р. Башарұлы, Д. Қазақбаева, У. Токбергенова, Н. Бекбасар. — Алматы: "Мектеп" баспасы, 2009. — 240 бет. ISBN 9965-36-700-0
3. Jump up↑ Қазақша энциклопедия 7 том.
4. Jump up↑ Рахимбекова З.М. Материалдар механикасы терминдерінің ағылшынша-орысша-қазақша түсіндірме сөздігі ISBN 9965-769-67-2