Quantenphysik

Stern-Gerlach-Versuch

Prinzip Ein Strahl Kaliumatome, die in einem heissen Ofen erzeugt wurden, bewegen sich entlang eines spezifischen Weges in einem magnetischen Zweidrahtfeld. Durch das magnetische Moment der Kaliumatome erscheint die Nicht- Homogenität  des Feldes als eine Kraft im rechten Winkel zu ihrer Bewegungsrichtung.  Die Kaliumatome werden dadurch von ihrem Weg abgeleitet. Durch die Dichtemessung des Teilchenstroms in einer Ebene, die hinter dem Magnetfeld liegt, ist es möglich, Rückschlüsse auf die Größe und Richtung des magnetischen Moments der Kalium-Atome zu ziehen.

Stern-Gerlach-Apparatur

Funktion und Verwendung Stern-Gerlach-Apparatur

Experimentier Set Quantenoptik

Magnetresonanzbildgebung (MRI) II

Prinzip Das Versuchsensemble "Magnetresonanzbildgebung II" stellt eine Erweiterung zum Versuchsensemble "Magnetresonanzbildgebung I" dar. Das Rüstzeug zum Verständnis der nun folgenden Versuche ist damit schon eingehend beschrieben und verständlich gemacht worden. Zum einen soll gezeigt werden, wie die Spin-Echo-Technik so benutzt werden kann, dass 2D MR-Bilder einer Schicht wohldefinierter Dicke, Orientierung und Größe generiert werden können (Localized Spin Echo 2D). Diese Parameter determinieren den sogenannten "Field of View" (FOV) des MR-Bildes. Zum anderen wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem die Aufnahme von 3D MR-Bildern ermöglicht wird (Spin Echo 3D). Hierzu wird über die dritte Dimension eine zusätzliche Phasenkodierung durchgeführt. Beide Verfahren beinhalten eine automatische Kalibrierung der Systemfrequenz auf die Larmorfrequenz. Das MR-Bild über diverse Mittelungsschritte ist damit stabiler. Vorteile • Vollständiges, einfach zu installierendes und preisgünstiges MRT-System speziell für die Lehre • Deckt alle Themen von den physikalischen Grundlagen (NMR) bis zu den 2D- und 3D-Bildgebungssequenzen ab • Ausführliches Handbuch von detaillierten Versuchsbeschreibungen Teil des Lieferumfangs • Der Versuch ist in einfach zu bewältigenden Einzelschritten aufgeteilt • Das handliche MRT-System kann überall im Praktikumsraum aufgestellt werden

Grundlagen der kernmagnetischen Resonanz (NMR)

Prinzip Die Grundprinzipien der kernmagnetischen Resonanz (NMR) sollen dargestellt und untersucht werden. Die Durchführung der Experimente erfolgt mit dem MRT-Trainingsgerät, welches die Möglichkeit bietet kleinere Proben in einer Probenkammer direkt zu untersuchen. Das Gerät wird dabei über die mitgelieferte Software gesteuert. Die grundlegenden Untersuchungen beinhalten das Einstellen der Systemfrequenz auf die Larmorfrequenz, die Festlegung des Auslenkwinkels des Magnetisierungsvektors, die Effekte der Substanzmenge auf das Signal, die Auswirkungen spezieller Magnetfeldinhomogenitäten, die Messung eines Spin- Echo-Signals und eine Mittelungsprozedur, die das Signal-Rausch-Verhältnis maximieren soll. Das Einstellen all dieser Parameter ist unumgänglich für ein MR-Bild hoher Güte. Vorteile • Vollständiges, einfach zu installierendes und preisgünstiges MRT-System speziell für die Lehre • Deckt alle Themen von den physikalischen Grundlagen (NMR) bis zu den 2D- und 3D-Bildgebungssequenzen ab • Ausführliches Handbuch von detaillierten Versuchsbeschreibungen Teil des Lieferumfangs • Der Versuch ist in einfach zu bewältigenden Einzelschritten aufgeteilt • Das handliche MRT-System kann überall im Praktikumsraum aufgestellt werden

Relaxationszeiten in kernmagnetischer Resonanz

Prinzip Die Grundprinzipien von Relaxationsprozessen in der MR-Technologie sollen dargestellt und untersucht werden. Die Durchführung der Experimente erfolgt mit dem MRT-Trainingsgerät, welches die Möglichkeit bietet kleinere Proben in einer Probenkammer direkt zu untersuchen. Das Gerät wird dabei über die mitgelieferte Software gesteuert. Die Untersuchungen beinhalten eine Schätzmethode der Relaxationszeit T1, welche ein Zeitmaß für die Wiederherstellung der Längsmagnetisierung ist, die genaue Messung dieser Zeit und die Messung der Relaxationszeit T2, welche ein Zeitmaß für das Abklingen der Quermagnetisierung ist. T1 und T2 sind spezifisch für das zu untersuchende Probenmaterial und geben deshalb wichtige Aufschlüsse über seine charakteristische Zusammensetzung. Vorteile • Vollständiges, einfach zu installierendes und preisgünstiges MRT-System speziell für die Lehre • Deckt alle Themen von den physikalischen Grundlagen (NMR) bis zu den 2D- und 3D-Bildgebungssequenzen ab • Ausführliches Handbuch von detaillierten Versuchsbeschreibungen Teil des Lieferumfangs • Der Versuch ist in einfach zu bewältigenden Einzelschritten aufgeteilt • Das handliche MRT-System kann überall im Praktikumsraum aufgestellt werden

Ortskodierung in kernmagnetischer Resonanz

Prinzip Es soll dargestellt und untersucht werden, wie die Ortskodierung in der MR-Technologie funktioniert. Die Durchführung der Experimente erfolgt mit dem MRT-Trainingsgerät, welches die Möglichkeit bietet kleinere Proben in einer Probenkammer direkt zu untersuchen. Das Gerät wird dabei über die mitgelieferte Software gesteuert. Die Untersuchungen beinhalten die Erzeugung einer 1D-Ortskodierung durch ein zusätzliches magnetisches Gradientenfeld in Kodierungsrichtung und die Visualisierungen raumzeitlicher T1- und T2-Profile. T1 und T2 sind spezifisch für das zu untersuchende Probenmaterial und geben deshalb wichtige Aufschlüsse über seine charakteristische Zusammensetzung. Vorteile • Vollständiges, einfach zu installierendes und preisgünstiges MRT-System speziell für die Lehre • Deckt alle Themen von den physikalischen Grundlagen (NMR) bis zu den 2D- und 3D-Bildgebungssequenzen ab • Ausführliches Handbuch von detaillierten Versuchsbeschreibungen Teil des Lieferumfangs • Der Versuch ist in einfach zu bewältigenden Einzelschritten aufgeteilt • Das handliche MRT-System kann überall im Praktikumsraum aufgestellt werden

Magnetresonanzbildgebung (MRI) I

Prinzip Die Grundprinzipien der 2D-Magnetresonanzbildgebung sollen mit zwei Methoden, die auf unterschiedlichen Gradiententechniken basieren, untersucht werden. Die Durchführung der Experimente erfolgt mit dem MRT-Trainingsgerät, welches die Möglichkeit bietet kleinere Proben in einer Probenkammer direkt zu untersuchen. Das Gerät wird dabei über die mitgelieferte Software gesteuert. Die Untersuchungen beinhalten die Generierung eines zwei-dimensionalen Schnittbildes einer Probe mittels der Spin-Echo-Technik, in der ein Spin-Echo-Signal, welches gleichzeitig von einem magnetischen Gradientenfeld überlagert ist, untersucht wird, und die Generierung eines zwei-dimensionalen Schnittbildes einer Probe mittels der Gradienten- Echo-Technik, in der ein geeignetes Gradienten-Echo-Signal untersucht wird. Die letztere Technik ist eng verbunden mit dem sehr schnellen FLASH-Verfahren (Fast Low Angle Shot). Vorteile • Vollständiges, einfach zu installierendes und preisgünstiges MRT-System speziell für die Lehre • Deckt alle Themen von den physikalischen Grundlagen (NMR) bis zu den 2D- und 3D-Bildgebungssequenzen ab • Ausführliches Handbuch von detaillierten Versuchsbeschreibungen Teil des Lieferumfangs • Der Versuch ist in einfach zu bewältigenden Einzelschritten aufgeteilt • Das handliche MRT-System kann überall im Praktikumsraum aufgestellt werden

Hochvakuumpumpstand kompakt

Funktion und Verwendung Kompaktpumpstand komplett montiert auf fahrbarem Tisch mit flexibler Vakuumdurchführung (Faltenbalg) auf die obere Tischplatte. Vorteile • Trockenlaufender, luftgekühlter Pumpstand mit Membranvorpumpe und Turbomolekularpumpe. • Anschlussflansch: DN 40 ISO-KF

Compton-Effekt

Prinzip Die Energie des gestreuten Gamma-Strahlung wird in Abhängigkeit des Winkels der Streuung gemessen. Die Compton-Wellenlänge wird aus den gemessenen Werten bestimmt.

PHYWE Compact STM, Rastertunnelmikroskop

Funktion und Verwendung Einfach zu bedienendes Rastertunnelmikroskop zur Abbildung und  Spektroskopie leitfähiger Proben auf atomarer bzw. molekularer Skala.  Geeignet für eine Vielzahl von Experimenten aus Themenfeldern wie Material-Wissenschaften,  Festkörperphysik/-chemie, Oberflächenphysik/-chemie, Nanotechnolgie/ Wissenschaften und Quantenmechanik. 

Zeeman-Effekt mit Elektromagnet

Prinzip Die als Zeeman-Effekt bezeichnete Aufspaltung der Spektrallinien von Atomen im Magnetfeld kann an Cadmium-Linien (normaler Zeeman-Effekt l= 634,8 nm, rotes Licht; anomaler Zeeman-Effekt l= 508,6 nm, grünes Licht) demonstriert und ausgewertet werden. Die beteiligten Energieniveaus spalten im Magnetfeld in 2L + 1 Niveaus auf, sodass unter Berücksichtigung der Auswahlregeln neun strahlende Übergänge vorkommen, von denen im Falle des normalen Zeeman-Effektes immer drei die gleiche Energie haben. Bei Beobachtung quer zur Feldrichtung (transversaler Effekt) sind zwei senkrecht und eine parallel zur Feldrichtung polarisierte Linien zu beobachten, während bei Beobachtung in Feldrichtung (longitudinaler Effekt) zwei zirkular polarisierte Linien beobachtet werden. Über die Bestimmung der Linienaufspaltung kann der Wert des Bohrschen Magnetons µB ermittelt werden. Mit Hilfe eines hochauflösenden Fabry-Perot-Interferometers (Auflösungsvermögen ca. 400000) sind die einzelnen Linien als sehr kontrastreiche Ringe zu beobachten.