전자가 궤도운동이나 스핀운동을 통해 자기모멘트를 형성함으로써 나타나는 라머 세차운동(Larmor precession)을 이해하고, 정자기장 내에서 전자가 스핀 각운동량(spin angular momentum)의 값에 의해 생기는 에너지 준위차를 광자의 흡수를 통해 공명하는 현상 즉, 전자공명현상의 조건을 해석하여 그로부터 g-factor의 값을 계산해본다

소개글

전자가 궤도운동이나 스핀운동을 통해 자기모멘트를 형성함으로써 나타나는 라머 세차운동(Larmor precession)을 이해하고, 정자기장 내에서 전자가 스핀 각운동량(spin angular momentum)의 값에 의해 생기는 에너지 준위차를 광자의 흡수를 통해 공명하는 현상 즉, 전자공명현상의 조건을 해석하여 그로부터 g-factor의 값을 계산해본다 에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

측정된 g-factor의 자기장에 세기에 따른 경향성은 g-factor를 결정하는 요소인 궤도운동과 스핀운동의 비율이 자기장에 의존할 수도 있다는 추측을 할 수 있다. 실험2의 결론은 능동진동자의 주파수를 수동진동자의 공진주파수에 맞추면 공명이 일어난다는 것이며, 수동진동자의 가변축전기를 이용해 임피던스를 조절하면 전기용량이 증가할수록 공진주파수는 감소하는 형태를 띌것임을 예측할 수 있었다. 비록 우리조의 실험결과가 덜 감소하는 형태로 나타났지만, 이론상 전기용량과 공진주파수는 반비례함을 알 수 있다.
5.실험 기구 및 장치
Two-channel Oscilloscope
DPPH
Pair of Helmholtz coils
Gauss meter
ESR Basic Unit
ESR Control Unit
Am meter
plug-in coil
6. 실험방법① Helmholz coil간의 거리를 6.8㎝로 한다.
② 전류를 0.1씩 증가시키며 자기장의 세기를 측정한다.
③ Plug in coil중에 하나를 선택한다.
④ 자기장의 중앙에 들어갈 시료는 Plug in coil 의 중앙에 놓이도록 한다.
(단 시료는 몸에 매우 해로우므로 깨어지지 않도록 유의한다.)
⑤ Oscilloscope를 setting한다. ( Y1 : AC 0.5V/㎝, X : 2V/㎝ 꼭 이것을 지킬 필요는 없다.)
⑥ 전류(자기장)를 바꾸어 가면서 공명 주파수를 찾는다.
⑦ 전류(자기장)와 공명주파수의 관계를 그래프로 그린다.
⑧ 구한 값들을 식에 넣어서 g-factor를 구한다.
참고 - 실험 시 필요한 계산
1) 자기장 구하기
도선에 전류가 흐를 때 한 지점에서의 자기장의 세기는 비오사바르의 법칙으로 구한다.
헬름홀츠코일은 코일의 반경과 코일사이의 거리가 같으므로 비오사바르의 법칙을 적용하면 임을 알 수 있다.
2)란데 g-factor
위의 실험이론편에서 공명조건은 이다.
따라서 이다.
5. 실험예상
실험이론에서 라머 세차운동의 각속도를 구해보니 자기장 B의 세기에 비례하였다. 따라서 전류가 증가할수록(자기장이 증가할수록) 각진동수는 선형관계를 띌 것임을 쉽게 예측할 수 있다. g-facor는 그 그래프의 기울기임을 알 수 있다.
6. reference
Lectures on Physics - Feymann - 2009 - 1판 - 33-4,5,6,7,8p
현대물리학 - Serway - 2007 - 3판 - 369p ~ 380p
일반화학 - Zumdahl - 2008 - 7판 - 300p~305p
사진자료
http://elm-chan.org/works/ddm/report_e.html
http://www.google.co.kr/search?q=two+channel+oscilloscope&hl=ko&newwindow=1&prmd=imvnsul&source=lnms&tbm=isch&ei=gmyFT5WoEOn3mAWJ0qjHBw&sa=X&oi=mode_link&ct=mode&cd=2&sqi=2&ved=0CE4Q_AUoAQ&biw=1366&bih=573#hl=ko&new

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ESR,   전자자기공명,   부산대학교,   물리실험,   현대물리실험