Sichere Experimente in optischen Levitation des geladenen Tröpfchen mit Remote Labs

Unser Protokoll kann verwendet werden, um viele grundlegende physikalische Konzepte zu visualisieren, wie z. B. Photonendruck oder wie sich ein geladenes Teilchen in einem elektrischen Feld bewegt. Noch mehr, all diese Aufgaben können aus der Ferne ausgeführt werden. Der Hauptvorteil ist, dass wir physikalische Phänomene mit unserem bloßen Auge als einzigem Detektor visualisieren können, entweder direkt mit Laserbrillen oder auf dem Computerbildschirm mit einer Webkamera.

Das experimentelle System kann beispielsweise Einblicke in die atmosphärischen Wissenschaften geben, indem es Korrelationen zwischen flüssigen Tröpfchen oder der chemischen Zusammensetzung eines Tröpfchens mittels Raman-Spektroskopie untersucht. Das RAS-Protokoll ist auf eine Vielzahl von Experimenttypen anwendbar. Die größte experimentelle Herausforderung besteht darin, dass wir Hochleistungslaser einsetzen.

Daher müssen strenge Lasersicherheitsvorschriften gelten. Die ganze Idee mit diesem Experiment ist es, Konzepte der Physik zu visualisieren, die normalerweise in Black-Box-Experimenten oder durch theoretische Behandlungen demonstriert werden. Das Experiment wird von Oscar Isaksson und Andreas Johansson gezeigt.

Beide teilen ihre Zeit zwischen dem Unterricht an einem örtlichen Gymnasium und der Forschung, die auf eine PH abzielt. D.degree. Immer wenn leistungsstarke Laser beteiligt sind, muss Sicherheit oberste Priorität haben. Diese Laser liefern zwei Watt sichtbare Laserstrahlung.

Daher muss das gesamte Personal am Lasersicherheitskurs teilnehmen. Beginnen Sie damit, alle im Laborbereich darüber zu informieren, dass ein Laser eingeschaltet wird. Schalten Sie dann die Laserwarnlampe im Labor ein.

Als nächstes positionieren Sie die vier lichtabsorbierenden Bretter und überprüfen Sie, ob der Abstand zwischen dem Laser und den absorbierenden Brettern frei von Hindernissen ist. Überprüfen Sie außerdem, ob der Abstand zwischen der Trapping-Zelle und dem Balkenblock frei von Objekten ist. Vor dem Starten des Lasers, entfernen Sie auch alle Uhren und Metallringe, und setzen Sie auf den richtigen Augenschutz.

Schalten Sie nun den Lab-Computer ein und warten Sie, bis er betriebsbereit ist. Öffnen Sie den Remote-Startordner vom Desktop aus, und klicken Sie auf das Symbol Main1806. VI.Führen Sie das Programm aus, indem Sie den Pfeil in der oberen linken Ecke drücken.

Markieren Sie unter EJS-Variablen das Kontrollkästchen Laser Remote Enable 2 Power und stellen Sie den Laserstrom 2 bis 25 ein, sodass der Laser-Power-Dia nach rechts bei 25% endet. Beobachten Sie den Laserstrahl mit einer Ausrichtungslaserbrille, um sicherzustellen, dass der Strahl im Strahldom landet. Wenn nicht, passen Sie die Position des Balkendoms an. Als nächstes überprüfen Sie Drops2 im Programm VI.Dann stellen Sie die Übersetzungsstufe ein, indem Sie die Antriebsschrauben an ihrer Basis drehen, um die Spitze des Tröpfchenspenders zu bewegen, bis die Tröpfchen in den Laserstrahl fallen.

Zurück in der Software, erhöhen Sie die Laserleistung auf etwa 66%, indem Sie das Eingangsfeld Laserstrom 2 verwenden, um ein Tröpfchen einzufangen. Sobald ein Tröpfchen gefangen ist, deaktivieren Sie Drops2. Nachdem Sie die Größe und Polarität des Tröpfchens bestimmt haben, indem Sie dem Textprotokoll folgen, bestimmen Sie die Ladung des Tröpfchens, indem Sie seine bekannte Größe mit seiner Dichte multiplizieren.

Als Nächstes legen Sie die E-Field DC Control 2 auf Null fest und schätzen und notieren einen Durchschnittswert für die Position des Tröpfchens durch die PSD Normalized Position Trace in der Diagramm-Wellenform. Berechnen Sie den Wert der Laserleistung, die in Gleichung 2 als F-Read 1 angegeben ist. Stellen Sie nun die E-Field DC Control 2 zwischen 1 und 5 Volt oder 1 und 5 Volt ein, damit sich der Tropfen nach oben bewegt.

Das Tröpfchen befindet sich nun an einer neuen Position. Reduzieren Sie langsam die Laserleistung, bis sich der Tröpfchen wieder in seiner ursprünglichen Position befindet. Notieren Sie die neue Laserleistung als F-Read 2.

Um auf das Remote Laboratory zuzugreifen, öffnen Sie die Unilab-Webseite in einem Webbrowser. Nachdem Sie die Verbindung hergestellt haben, wählen Sie die gewünschte Sprache im ersten Element des Menüs unter der Kopfzeile aus. Melden Sie sich dann mit den folgenden Daten an.

Im Kursbereich, neben dem Login-Bereich, klicken Sie mit der linken Maustaste auf das Logo der Universität Göteborg. Klicken Sie dann auf Optische Levitation, um auf das Material dieses Experiments zuzugreifen. Greifen Sie auf das Remote Laboratory zu, indem Sie auf Remote Laboratory of Optical Levitation klicken.

Stellen Sie danach sicher, dass der Mainframe der Webseite so aussieht und die Benutzeroberfläche des RemoteLabors anzeigt. Klicken Sie dann auf die Schaltfläche Verbinden. Wenn die Verbindung erfolgreich ist, ändert sich der Schaltflächentext in Verbunden.

Klicken Sie als Nächstes auf Droplets verfolgen und überprüfen Sie, ob die PSD-Daten empfangen werden. Klicken Sie dann auf Allgemeine Ansicht, um alle Elemente der Einrichtung zu identifizieren: den Laser, den Tröpfchenspender, die Fangzelle und die PSD. Um ein Tröpfchen einzufangen, klicken Sie zuerst auf die Trapping-Tröpfchen-Taste, um die Pipette und die Tröpfchenspenderdüse zu visualisieren.

Klicken Sie dann auf den Laserknopf Einschalten, um die Verbindung zum Laser herzustellen. Von hier aus stellen Sie die Laserleistung um das erste Viertel des Steuerstreifens, der sich unter dem Laserknopf Einschalten befindet. Warten Sie, bis das grüne Licht sichtbar ist.

Wenn der Laser richtig ausgerichtet ist, wird ein dünnes grünes Strahllicht gesehen. Im Falle einer fehlerhaften Ausrichtung wenden Sie sich bitte an die Wartungsdienste, wie im Protokoll beschrieben. Sobald der Laser ausgerichtet ist, erhöhen Sie seine Leistung auf drei Viertel der Bar.

Klicken Sie dann auf die Schaltfläche "Dropdrops starten", um den Tröpfchenspender einzuschalten. Sehen Sie sich das Webcam-Bild an und warten Sie, bis ein Blitz erzeugt wird. In diesem Moment wurde ein Tröpfchen gefangen genommen.

Überprüfen Sie das Webcam-Bild erneut, und stellen Sie sicher, dass ein Tröpfchen in der Mitte der Fangzelle schwebt. Drücken Sie dann die Stop Drops-Taste, um den Tröpfchenspender auszuschalten. Um die Größe des Tröpfchens zu bestimmen, drücken Sie die Größe der Tröpfchen und befolgen Sie das Verfahren in Abschnitt 8 des begleitenden Textprotokolls.

Um die Gebühr für Ihr erfasstes Tröpfchen zu ermitteln, klicken Sie zuerst auf die Ansicht Nachverfolgungs-Droplets. Wählen Sie dann das Feld "Elektrisch" aus, und legen Sie das Feld DC Electric mit dem numerischen Feld GLEICHspannung auf Null fest. Schätzen und notieren Sie anhand des Diagramms einen Durchschnittswert der Tröpfchenposition und notieren Sie sich auch die Laserleistung.

Stellen Sie nun das Feld DC Electric auf einen Wert zwischen oder 500 Volt, damit der Tröpfchen seine Position ändert. Sobald sich die Position ändert, ändern Sie die Laserleistung mit dem Schieberegler, bis sich das Tröpfchen wieder in seiner ursprünglichen Position befindet, und notieren Sie sich den neuen Wert der Laserleistung. Verwenden Sie schließlich Gleichung 2 aus dem begleitenden Textprotokoll, um die Ladung des Tröpfchens zu berechnen.

Hier ist ein eingeklemmtes Tröpfchen schwebend. Es ist möglich, eines der Tröpfchen zu sehen, die in der Zelle des Setups schweben. Die grüne Farbe ist durch den Laser und der Anblick von zwei Punkten, anstatt einer, ist aufgrund der Reflexion des Tröpfchens auf dem Glas der Zelle.

In diesem Fall ist der obere Punkt die Reflexion und der untere Punkt das Tröpfchen. Das Wichtigste beim Versuch, zu fangen, ist Geduld zu haben. Ein mikrometergroßes Tröpfchen soll in einem Lichtstrahl landen, der nur etwas breiter ist als das Tröpfchen selbst.

Um einen genaueren Wert für die Ladung zu erhalten, kann eine Regelschleife verwendet werden. Während der Anwendung eines elektrischen Feldes ändert die Regelschleife die Laserleistung, bis sich der Tröpfchen wieder in seiner ursprünglichen Position befindet. Weitere Entwicklungen aus diesem Versuchsaufbau sind die Untersuchung von Tröpfchenkollisionen mit Hochgeschwindigkeitskameras und auch die Untersuchung des Tröpfchens in einer Hochvakuumkammer.

In diesem Experiment wird ein Laser der Klasse 4 verwendet. Es ist wichtig, alle Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen, um das Personal im Labor und in der Umgebung zu schützen.