ריחוף אופטי הוא שיטה פרוגרסיבי בגודל מיקרומטר אובייקטים מבודד באמצעות אור לייזר. יכול להיות נשלט מרחוק ניצול מחשבים ומערכות אוטומציה, ניסוי בתליה אופטי. כאן, אנו מציגים ממערכת וטלמכניים ריחוף אופטי המשמש הן עבור החינוך לצרכי עיון ומחקר.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
ניסויים בטוח רחיפה אופטי של Droplets טעונה באמצעות מעבדות מרחוק
במאמר זה
סיכום
תקציר
העבודה מציג ניסוי זה מאפשר חקר תהליכים פיזיקליים בסיסיים רבים, כגון פוטון ללחץ, בשבירת קרני האור או את התנועה של חלקיקים טעונים בשדות חשמליים. בניסוי זה, קרן לייזר ממוקדת מצביע כלפי מעלה לרחף טיפות נוזל. טיפות הם התרוממתי על ידי לחץ פוטון של קרן לייזר ממוקדת אשר מאזן את כוח הכבידה. התבנית עקיפה נוצרת כאשר מואר עם אור לייזר יכולה לעזור למדוד את הגודל של droplet לכוד. המטען של ה-droplet לכוד יכול להיקבע על ידי לימוד בתנועה כאשר שדה חשמלי מכוון אנכית מוחל. ישנן מספר סיבות עידוד הניסוי הזה בפני שליטה מרחוק. ההשקעות הנדרשים עבור ההתקנה עולה על הסכום זמין בדרך כלל במעבדות הוראה לתואר ראשון. הניסוי דורש לייזר של מחלקה 4, שהינו מזיק העור והעיניים ומשתמש הניסוי המתחים כי הם מזיקים.
מבוא
העובדה כי אור נושאת מומנטום הוצע לראשונה על ידי קפלר כשהוא הסביר למה הזנב של כוכב שביט שתמיד מצביע הרחק מן השמש. השימוש בלייזר כדי להזיז השמנה של אובייקטים מאקרוסקופית דווחה לראשונה על ידי Ashkin א, ג' מ דז'ידז'יק בשנת 1971 כאשר הם הפגינו שזה אפשרי להתרומם מיקרומטר בגודל חפצים מבודד1. האובייקט לכוד נחשף קרן לייזר מכוונת כלפי מעלה. חלק של קרן הלייזר בא לידי ביטוי על האובייקט שהטיל לחץ קרינה על זה, זה היה מספיק לאזן את כוח המשיכה. רוב האור, עם זאת, היה נשברות דרך האובייקט מבודד. שינוי הכיוון של האור גורם רתיעה של האובייקט. השפעת נטו הרתע עבור חלקיק להציב בפרופיל קרן גאוסיאנית היא כי ה-droplet לנוע לעבר האזור של עוצמת האור הגבוהה
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
הערה: הלייזר בשימוש בניסוי זה הוא לייזר class IV אספקת עד 1 W של קרינת לייזר גלוי. כל אנשי הצוות נוכחים במעבדה לייזר חייב ניהלו הדרכות בנושאי בטיחות לייזר נאותה.
1. על הידיים נסיוני
- בטיחות
- ודא שכולם במעבדה מודעת לייזר תופעל.
- הפעל את המנורה אזהרה לייזר במעבדה.
- בדוק כי אין לצפות או מתכת טבעות הם שחוקים לשים את משקפי לייזר.
- בדוק כי ארבעת אור קליטת לוחות, הקרוב ביותר הניסוי, נמצאים במקום.
- בדוק את הרווח בין הלייזר את הלוח סופג על מכשולים. בנוסף, בדוק כי הרווח בין התא השמנה לבין הרחוב קרן הינה ללא תשלום של אובייקטים.
- להכין את התוכנה של הניסוי.
- הפעל את המח....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
כאשר קרן הלייזר מיושרים כראוי, צלחת התחתון נקי, הטיפות לכודים כמעט מיד. כאשר droplet נלכד העסק יוכל להישאר במלכודת למשך מספר שעות, נותן המון זמן בשביל חקירות. רדיוס r של טיפות הוא בטווח של 25 ≤ r ≤ מיקרומטר 35 ו הטעינה יש כבר נמדד בין 1.1x10-17 ±1.1 x10: תרכיזי C 5.5x10-16 ±5.5 x10-17 ג גודל טיפות נשאר, על פי המידות שלנו, קבוע לאורך זמן, אך החיוב לאט לפזר משם, מתן תגובות קטנים יותר ויותר מתוך העמדה של ה-droplet בשעת החלת שדה חשמלי. זה נ.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
עבודה זו מציגה הכנה ביצוע ניסוי בפיסיקה המודרנית שבה הן טיפות שטיחות התרוממתי. ניתן לבצע את הניסוי דרך תרגולים מסורתית או מרחוק. עם הקמת המערכת המרוחקת, סטודנטים וחוקרים מכל העולם יכול לקבל גישה שיבנו ניסיוני. זה גם מבטיח הבטיחות של המשתמשים, מכיוון שהם לא צריכים להיות בנוכחותו של לייזר ובעוצמת ושל שדות חשמליים הדרושים עבור הניסוי. בנוסף, המשתמשים יכול לקיים אינטראקציה עם מכשור בצורה מאוד פשוטה, על-ידי שליחת פקודות ברמה גבוהה דרך המחשב עקב האוטומציה של הסידור. כאשר לעומת ההליך על הידיים, הניסויים מרחוק מציע חוויה דומה מא.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
המחברים אין לחשוף.
תודות
עבודה זו נתמכו על ידי מועצת המחקר השבדי, קארל Trygger´s קרן מחקר מדעי, ספרדית משרד הכלכלה ואת התחרותיות תחת הפרויקט CICYT DPI2014-55932-C2-2-R. הודות Sannarpsgymnasiet על שנתת לנו לנסות את RL עם תלמידים.
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| קוונטי | GEM 532 | עם הספק מתכוונן בין 50 mW ל-2 W | |
| חיישן מיקום אפקט רוחבי | THOR Lab | PDP90A | PSD לחישת מיקום הטיפה בפיפטה |
| ערכת ספקטרומטר חינוכית מתקדמת, | METRIC THOR LAB | EDU-SPEB1/M | ואלמנטים אחרים לשליטה בקרן הלייזר |
| פיפטה | תוצרת | החדר שבו הטיפה נלכדה נוצר במיוחד עבור התקנה זו | |
| ספק כוח AC/DC | Keithley Instruments, Inc. | 2380-500-30 | ספק כוח לייצור השדה החשמלי (0V - 500V DC) |
| יחידת חלוקת חשמל | APC AP7900 | A PDU לחיבור מרחוק של מכשור המעבדה |
מקורות
- Ashkin, A., Dziedzic, J. Optical levitation by radiation pressure. Applied Physics Letters. 19, 283-285 (1971).
- Roosen, G., Imbert, C. Optical levitation by means of two horizontal laser beams: A theoretical and experimental study. Physics Letters.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
