Veilig experimenten in optische levitatie van geladen druppels met behulp van externe Labs

Ons protocol kan worden gebruikt om veel fundamentele fysieke concepten te visualiseren, zoals fotondruk of hoe een geladen deeltje beweegt in een elektrisch veld. Sterker nog, al deze taken kunnen op afstand worden uitgevoerd. Het belangrijkste voordeel is dat we fysieke verschijnselen met ons blote oog kunnen visualiseren als de enige detector, hetzij rechtstreeks met behulp van een laserbril, hetzij op het computerscherm met behulp van een webcamera.

Het experimentele systeem kan bijvoorbeeld inzicht geven in de atmosferische wetenschappen door correlaties tussen vloeibare druppeltjes of de chemische samenstelling van een druppel met Behulp van Raman Spectroscopie te onderzoeken. Het rastoegangsprotocol is van toepassing op een breed scala aan experimenttypen. De belangrijkste experimentele uitdaging is dat we krachtige lasers gebruiken.

Daarom moeten strenge laserveiligheidsvoorschriften worden toegepast. Het hele idee met dit experiment is om concepten van de fysica die normaal worden aangetoond in black box experiment of door middel van theoretische behandelingen te visualiseren. Het experiment zal worden gedemonstreerd door Oscar Isaksson en Andreas Johansson.

Ze zijn beide het delen van hun tijd tussen het onderwijs in een lokale middelbare school en het doen van onderzoek gericht op een PH. D.degree. Altijd krachtige lasers zijn betrokken, veiligheid moet de hoogste prioriteit. Deze lasers levert twee Watt aan zichtbare laserstraling.

Daarom moet al het personeel de Laser Safety Course volgen. Begin met het informeren van iedereen in het lab gebied dat een laser zal worden ingeschakeld. Zet vervolgens de laserwaarschuwingslamp in het laboratorium aan.

Plaats vervolgens de vier lichtabsorberende planken en controleer of de ruimte tussen de laser en de absorberende platen vrij is van obstakels. Controleer ook of de ruimte tussen de overvulcel en het balkblok vrij is van objecten. Voorafgaand aan het starten van de laser, ook verwijderen van horloges en metalen ringen, en op een goede bescherming van de ogen.

Zet nu de labcomputer aan en wacht tot deze klaar is om te werken. Open de map Externe opstart vanaf het bureaublad en klik op het pictogram Main1806. VI.Voer het programma uit door op de pijl in de linkerbovenhoek te drukken.

Markeer onder EJS-variabelen het selectievakje Laser Remote Enable 2 Power en stel Laser Stroom 2 tot 25 in, zodat de laserkracht schuif naar rechts op 25% belandt Observeer de laserstraal met behulp van uitlijningslaserbril om ervoor te zorgen dat de straal in de straal dom belandt. Zo niet, pas dan de positie van de balk dom. Controleer vervolgens Drops2 in het programma VI.Pas vervolgens de vertaalfase aan, door de drijfschroeven aan de basis te draaien, om de punt van de druppeldispenser te verplaatsen totdat de druppels in de laserstraal vallen.

Terug in de software, verhogen van de laser kracht tot ongeveer 66%met behulp van de Laser Current 2 input veld om een druppel val te vangen. Zodra een druppel gevangen zit, schakelt u Drops2 uit. Na het bepalen van de grootte en polariteit van de druppel door het volgen van het tekstprotocol, bepaal de lading van de druppel door de bekende grootte te vermenigvuldigen met zijn dichtheid.

Stel vervolgens de E-Field DC Control 2 in op Nul en schat en noteer een gemiddelde waarde voor de positie van de druppel door het PSD Normalized Position Trace in de grafiek Waveform. Bereken de waarde van het laservermogen dat wordt opgegeven als F-Read 1 in vergelijking 2. Stel nu de E-Field DC Control 2 in tussen 1 en 5 Volt of 1 en 5 Volt, zodat de daling naar boven beweegt.

De druppel is nu op een nieuwe positie. Verminder de laserkracht langzaam totdat de druppel weer in zijn oorspronkelijke positie staat. Schrijf de nieuwe laser kracht als F-Read 2.

Open de webpagina van het Unilab in een webbrowser om toegang te krijgen tot het Remote Laboratory. Selecteer de gewenste taal in het eerste item van het menu onder de koptekst, nadat u bent verbonden. Log dan in met de volgende gegevens.

Klik in het cursusgebied, naast het inloggebied, links op het logo van de Universiteit van Göteborg. Klik vervolgens op Optische Levitation om toegang te krijgen tot het materiaal van dit experiment. Toegang tot het Remote Laboratory door te klikken op Remote Laboratory of Optical Levitation.

Zorg er daarna voor dat het mainframe van de webpagina er zo uitziet en de gebruikersinterface van het Remote Laboratory toont. Klik vervolgens op de knop Verbinden. Als de verbinding is geslaagd, wordt de tekst van de knop gewijzigd in Verbonden.

Klik vervolgens op Druppels bijhouden en controleer of de PSD-gegevens worden ontvangen. Klik vervolgens op Algemene weergave om alle elementen van de set-up te identificeren:de laser, de druppeldispenser, de overvulcel en de PSD. Als u een druppel wilt vangen, klikt u eerst op de knop Overvuldruppels om de pipet en de druppeldispenserpijp te visualiseren.

Klik vervolgens op de laserknop inschakelen om de verbinding met de laser tot stand te brengen. Stel vanaf hier de laserkracht in rond het eerste kwart van de controlestrook, die zich onder de laserknop inschakelen bevindt. Wacht tot het groene licht zichtbaar is.

Als de laser correct is uitgelijnd, wordt een dun groen licht gezien. In geval van onjuiste uitlijning u contact opnemen met de onderhoudsdiensten zoals beschreven in het protocol. Zodra de laser is uitgelijnd, verhoogt u zijn vermogen tot driekwart van de bar.

Klik vervolgens op de knop Druppels starten om de druppeldispenser in te schakelen. Bekijk de webcam afbeelding en wacht tot een flitser wordt geproduceerd. Op dat moment is er een druppel gevangen.

Controleer de webcamafbeelding opnieuw en controleer of een druppel zweeft in het midden van de overvulcel. Druk vervolgens op de knop Druppels stoppen om de dropletdispenser uit te schakelen. Als u de grootte van de druppel wilt bepalen, drukt u op De druppels van het formaat en volgt u de procedure in punt 8 van het bijbehorende tekstprotocol.

Als u de kosten voor uw vastgelegde druppel wilt bepalen, klikt u eerst op de weergave Druppels bijhouden. Selecteer vervolgens het veldmenu Elektrisch en stel het veld GELIJKstroom elektrisch in op Nul met het numerieke veld GELIJKspanning. Met behulp van de grafiek, schatten en noteren een gemiddelde waarde van de druppelpositie en ook rekening houden met de laser kracht.

Stel nu het veld DC Electric in op een waarde tussen of 500 Volt om de druppel zijn positie te laten wijzigen. Zodra de positie verandert, wijzigt u de laserkracht met de schuifregelaar totdat de druppel terug in zijn oorspronkelijke positie is en noteer de nieuwe waarde van de laserkracht. Gebruik ten slotte vergelijking 2 van het bijbehorende tekstprotocol om de lading van de druppel te berekenen.

Hier wordt een gevangen druppel gezweefd. Het is mogelijk om een van de druppels te zien zweven in de cel van de setup. De groene kleur is te wijten aan de laser en de aanblik van twee stippen, in plaats van een, is te wijten aan de reflectie van de druppel op het glas van de cel.

In dit geval is het bovenste punt de reflectie en het onderste punt is de druppel. Het belangrijkste bij het proberen om val is om geduld te hebben. Een micrometer-sized druppel wordt verondersteld om te landen in een lichtstraal net iets breder dan de druppel zelf.

Om een nauwkeurigere waarde voor de lading te krijgen, kan een controlelus worden gebruikt. Tijdens het toepassen van een elektrisch veld, zal de controle lus de laser kracht te veranderen totdat de druppel is terug in zijn oorspronkelijke positie. Verdere ontwikkelingen van deze experimentele opstelling is het bestuderen van druppelbotsingen met hogesnelheidscamera's, en ook om te onderzoeken hoe de druppel zich gedraagt in een hoogvacuümkamer.

Een klasse 4 laser wordt gebruikt in dit experiment. Het is belangrijk om alle veiligheidsmaatregelen te nemen om het personeel in het lab en het milieu te beschermen.