פיתוח של התקנה ניסיונית עבור המדידה של מקדם התקומה בתנאי אבק

המטרה הכוללת של מערך ניסוי זה היא למדוד את מקדם ההשבה של חלקיקים מתנגשים בתנאי ואקום. שיטה זו יכולה לתרום לפתרון בעיות הנדסיות שכן מקדם ההשבה קיים בכל פעולה הנדסית כגון הובלה, טיפול, אחסון של מוצקים גרגירים בתעשיית ההנדסה. היתרון העיקרי בשיטה זו הוא שניתן למרוח אותה על אבקות עדינות בתנאי ואקום מבלי להאיץ את החלקיק כשהוא נכנס לתא.

סוון דרוקר, סטודנט לתואר שני מהמעבדה שלי ידגים את ההליך. הוא עובד במסגרת פרויקט בשם Pardem. לעבודה עם חלקיקים בכל גודל, הסר תחילה את השרוול מעל תא הוואקום והרם את המכסה העליון.

לאחר מכן, בחר את לוחית הבסיס עם חומר הקיר הרצוי לתוך החדר. לאחר מכן, סובב את החלק התחתון של תא הוואקום הצידה והחלק בזהירות את לוחית הבסיס למקומה. לאחר מכן, בעזרת פינצטה, הניחו בדיוק חלקיק אחד בגודל ידוע במרכז לוחית הבסיס.

לאחר מכן, התאם את המיקום של מצלמת וידאו מהירה המותקנת על חצובה כך שלוחית הבסיס תהיה ברבע הנמוך ביותר של שדה הראייה והמיקוד יהיה על החלקיק. הגדר את המצלמה המהירה להקליט 10,000 פריימים לשנייה ברזולוציה של 528 על 396 פיקסלים. לאחר מכן, צלם סרטון קצר של החלקיק למטרות התייחסות.

אל תשכח להסיר את החלקיק לאחר מכן. בעבודה עם חלקיקים בגודל 700 מיקרון ומעלה, התאם תחילה את גובה תא החלקיקים כך שתגיע למהירות הפגיעה הרצויה. מדוד את הגובה באמצעות הסולם המחובר ללוחית האחיזה.

לאחר מכן, סגור את תא החלקיקים עם קצה פיפט. כעת, הרם את המכסה העליון של תא הוואקום והניח כדור אחד בודד בתוך תא החלקיקים באמצעות פינצטה. דוגמה זו מציגה כדור מוצק.

עם זאת, ניתן לבדוק גם כדורים מלאים בנוזל. הנח את המכסה העליון על החלק התחתון של תא הוואקום וחבר את המכסה העליון ואת החלק התחתון של תא הוואקום עם השרוול. כעת, הרכיבו משקפי מגן לפני יצירת הוואקום.

בעזרת המשאבה יש לפנות את החדר עד לקבלת הלחץ הרצוי. לחץ היעד בהדגמה זו הוא 0.1 מיליבר. לאחר מכן, סגור את השסתום בצד החדר וכבה את המשאבה.

בשלב זה, התחל את הקלטת הווידאו. בזמן ההקלטה, פתח את החור של תא החלקיקים כדי לשחרר את החלקיק, ובמקביל משוך וסובב את המקל המחובר לקצה הפיפט. זה ימנע בעיות החלקה של המקל עקב חיכוך גבוה בין המקל לטבעת האטומה.

לאחר התרחשות הפגיעה, הפסק מיד את ההקלטה. ניתן לשמור רק מספר מוגבל של מסגרות, והראשונות נכתבות ברגע שחורגים מהמגבלה. גזור את הסרט סביב רגע הפגיעה במסך ושמור אותו בכרטיס הזיכרון.

צפו לחזור על הניסוי כ-10 פעמים לקבלת ערך עיקרי מדויק. כשאתה עובד עם חלקיקים עדינים יותר, השתמש בעצם באותו הליך עם כמה שינויים. טען 50 עד 100 כדורים על דף נייר מקופל וטען את החלקיקים לתוך התא מהנייר.

כאשר מושכים את המקל בתחילת החוויה, משוך לאט מאוד כדי למנוע מכל החלקיקים ליפול בו זמנית. בעת חיתוך הסרט, עשה זאת בצורה כזו שלפחות 10 פגיעות ממוקדות בבירור ייראו לעין. לפני הערכת הנתונים, ראשית יש צורך לכייל את התוכנה.

טען מסגרת עם החלקיק בגודל הידוע שהתקבל במהלך ההתקנה. לאחר מכן, ספרו את מספר הפיקסלים בקוטר האופקי וחלקו את המרחק הידוע במספר הפיקסלים כדי לקבל את מקדם ההמרה, מרחק לפיקסל. האופקי קל יותר לשימוש בגלל הניגודיות בין החלקיק לרקע הלבן.

כדי לחשב את מהירות הפגיעה, הגדר נקודת ייחוס של תנועה בחלק העליון של הכדור 10 פריימים לפני נקודת הפגיעה ונקודת ייחוס שנייה פריים אחד לפני הפגיעה. השתמש במספר הפיקסלים בין שתי הנקודות ובגורם ההמרה כדי לחשב את מרחק הנסיעה. לאחר מכן, חלקו את המרחק בזמן שחלף בין תשע פריימים כדי לקבל את מהירות הפגיעה.

כדי לחשב את מהירות הריבאונד, השתמש בנקודות ייחוס בחלק העליון של הכדור, מסגרת אחת לאחר הפגיעה ועשר פריימים לאחר הפגיעה. לבסוף, חשב את מקדם ההחזרה, או COR, כיחס בין מהירות הריבאונד למהירות הפגיעה. חזור על כל השלבים הללו כדי להעריך את כל סרטוני בדיקת הנפילה המוקלטים.

חלקיקי זכוכית בקוטר של 100 מיקרון עד ארבעה מילימטרים הוטלו מגובה התחלתי של 200 מילימטרים על לוח בסיס נירוסטה בעובי של 20 מילימטרים. הערך הממוצע של ה-COR היה כ-0.9 עבור חלקיקים בגודל 700 מיקרון ומעלה. תוצאה זו הייתה בלתי תלויה בלחץ האוויר.

עבור חלקיקים בקוטר של פחות מ-400 מיקרון, ה-COR היה כמעט קבוע עם ערך של 0.9 בתנאי ואקום. בלחץ אטמוספרי, מקדם ההשבה ירד עם קוטר החלקיקים. התוצאות עבור מהירות הפגיעה היו תלויות בגודל החלקיק ובלחץ האטמוספרי.

אבקות עדינות היו איטיות בהרבה בלחץ אטמוספרי, בעוד שמהירות הפגיעה שלהן פחתה רק במעט בתנאי ואקום. הנתונים הראו כמה חריגים יוצאי דופן ב-700 מיקרון שייתכן שנוצרו על ידי כיול שגוי. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד למדוד את מקדם ההשבה בניסויי נפילה חופשית בתנאי ואקום.

לאחר שליטה, ניתן לבצע שיטה זו תוך שעה וחצי למשך 10 חלקיקים אם היא מיושמת כראוי. אל תשכח שעבודה עם גליל זכוכית בתנאי ואקום היא מסוכנת ביותר, וכי יש לנקוט תמיד באמצעי זהירות.