Реферат: Резонансный метод исследования строительных материалов

СОДЕРЖАНИЕ

1) Введение

2) Элементарное описание резонанса

3) Оптический резонанс

4) Магнитный резонанс

5) Параэлектрический резонанс

6) Циклотронный резонанс в проводниках

Заключение

Литература

1) ВВЕДЕНИЕ

Резонансные методы приобрели в последние десятилетия широкое распространение при исследовании вещества в газообразном, жидком и твердом состоянии. Набор этих методов постоянно пополняется благодаря открытию все новых видов резонанса. Особенно многообразны виды резонанса в твердых телах.

Слово "резонанс" (от фр. rОsonance, лат. resono - звучу в ответ, окликаюсь) в широком смысле означает возрастание отклика колебательной системы на периодическое внешнее воздействие при сближении частоты последнего с одной из частот собственных колебаний системы. Наиболее известен простейший вид механического резонанса: возрастание амплитуды колебаний маятника при периодическом "подталкивании" с частотой n, когда n приближается к частоте n0 собственных колебаний маятника.

Колебательные системы, которые способны резонировать, могут иметь весьма различную природу. В веществе такими системами могут быть электроны, электронные оболочки атомов, магнитные и электрические моменты атомов, молекул, примесных центров в кристаллах и т.д. Однако во всех случаях общая картина резонанса сохраняется: вблизи резонанса возрастают амплитуда колебаний и энергия, передаваемая колебательной системе извне. Это возрастание прекращается, когда потери энергии (трение, тепловое рассеяние) компенсируют ее прирост.

Каждое вещество имеет свой характерный только для него набор частот собственных колебаний (частотный или энергетический спектр E0i = hn0i). Собственные частоты n0i могут находиться в широком диапазоне частот (от 102 до 1022 Гц). Этот набор частот является своеобразной визитной карточкой вещества, изучая которую можно распознать химический состав, структуру, симметрию и другие характеристики вещества.

Наиболее удобным и распространенным видом периодического внешнего воздействия является электромагнитное излучение. Частоты электромагнитных волн простираются от 102-108 Гц (радиоволны) до 109-1011 Гц (радиоволны СВЧ), 1013-1014 Гц (инфракрасный свет), 1015 Гц (видимый свет), 1015-1016 Гц (ультрафиолетовый свет), 1017-1020 Гц (рентгеновское излучение) и 1020-1022 Гц (g-излучение). В зависимости от диапазона частот используют различные способы генерации (радиопередатчики, лампы накаливания, рентгеновские трубки, радиоизотопы и т.д.) и детектирования (радиоприемники, болометры, фотоэлементы, фотопленки, счетчики Гейгера и т.д.). Таким образом, появились такие разные области физики, как радиоспектроскопия, оптическая спектроскопия, рентгеновская спектроскопия, g-спектроскопия. Хотя во всех этих областях изучают резонансное взаимодействие электромагнитного излучения с веществом, природа такого взаимодействия различна.

Резонансные методы, пожалуй, можно отнести к наиболее чувствительным и точным методам исследования вещества. С их помощью был получен большой объем ценнейшей информации о химическом составе, структуре, симметрии и внутренних взаимодействиях между структурными единицами вещества.

2) ЭЛЕМЕНТАРНОЕ ОПИСАНИЕ РЕЗОНАНСА

Классическое описание резонанса сводится к решению задачи об одном или нескольких линейных гармонических осцилляторах [1]. Собственные колебания такого осциллятора вызываются начальным толчком и действием возвращающей силы, пропорциональной отклонению m от положения равновесия, и могут быть описаны уравнением

где m - масса колеблющейся частицы, w0 - круговая частота собственных колебаний. Решение этого уравнения

x = A cos (w0t + j)

описывает гармонические колебания.

Если осциллятор подвержен действию периодической внешней силы F = F0 cos wt и силы трения (сопротивления), пропорциональной скорости , то уравнение движения имеет вид

Решение этого дифференциального уравнения, описывающее установившиеся колебания, есть

x = x0 cos (wt + j),

где амплитуда и фаза определяются соответственно как

Зависимость (3) амплитуды колебаний x0 от частоты w представлена на рис. 1 при разных значениях добротности Q = w0 / g. Чем больше добротность, тем острее резонансный пик зависимости x0(w). Полуширина пика связана с добротностью Dw = w0 / Q. Высокая добротность способствует разрешению близких резонансных пиков.

При квантовом описании колебательная система характеризуется набором разрешенных квантовыми законами значений энергии (энергетическим спектром). Этот спектр (или его часть) для систем связанных частиц может носить дискретный характер. Переменное электромагнитное поле частоты n можно также рассматривать как совокупность фотонов с энергиями e = hn (h - постоянная Планка) [1]. При совпадении энергии фотона с разностью энергий каких-либо двух уровней

hn = Ek - Ei

наступает резонанс, то есть резко возрастает число поглощаемых системой фотонов, вызывающих квантовые переходы с нижнего уровня Ei на верхний Ek .

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--