Método para la grabación de espectros de emisiones de alta resolución de banda ancha de arcos relámpagos de laboratorio

El objetivo general de este experimento es adquirir el espectro de emisión de un arco relámpago generado. Este método puede ayudar a entender los mecanismos de relámpagos subyacentes, su interacción con el aire y su interacción con otros elementos dentro del entorno circundante. La principal ventaja de esta técnica es que no es intrusiva y no interfiere con el arco relámpago.

Ayudándome a demostrar el procedimiento será Chris Stone, el gerente del Laboratorio Lightning. Este experimento utiliza el generador de rayos en el Laboratorio Relámpago Morgan-Botti de la Universidad de Cardiff. El rayo se genera dentro de una cámara electromagnética blindada por impulsos.

Dentro de la cámara, hay una plataforma de rayos. La plataforma tiene soportes para electrodos generadores de arco. A dos metros de la plataforma hay un trípode que soporta una pequeña fibra óptica.

La fibra se colima y se dirige hacia la región de descarga. La fibra óptica conduce la luz a una segunda cámara en la parte superior de la primera;dentro de la cámara es un sistema de espectrógrafo controlado por computadora. La fibra óptica termina en el chasis ligero del sistema.

Las dos cámaras, el aparato asociado a cada una de ellas, y la fibra de conexión se representan en este esquema. El sistema de espectrógrafo se basa en una configuración Czerny-Turner con una distancia focal de 30 centímetros. La luz de la fibra pasa a través de una ranura ajustable de 100 micrómetros.

Tres espejos y una rejilla giratoria reflejan la luz en una cámara digital que funciona a menos 70 grados centígrados. La resolución espectral es de 0,6 nanómetros en un subrango de 140 nanómetros. Preparar electrodos hechos de un material apropiado.

Este experimento utiliza un par de hemisferios de tungsteno con un diámetro de 60 milímetros. La preparación de los electrodos requiere paños libres de pelusas, un baño de agua sónica y una gama de papel de lija y telas de pulido. Limpie un electrodo a la vez;comience con papel de lija grueso y frote el electrodo durante cinco minutos.

Cuando haya terminado, coloque el hemisferio en un baño sónico a temperatura ambiente. Después de 10 minutos, use guantes limpios y retire el hemisferio. Límpialo con un paño sin pelusas.

Repita el proceso de frotar y limpiar con grados más finos de papel de lija. El objetivo es eliminar los contaminantes y lograr un buen pulido para el experimento. Cuando ambos electrodos estén limpios, llévenlos a la cámara para su montaje.

En este experimento, cuando se montan, los electrodos están separados por 14 milímetros. En la cámara del electrodo, coloque la fibra óptica para ver el centro de la separación del electrodo. A través de un ordenador de control, inicie el sistema de espectrógrafo y mueva su rejilla a la posición inicial de 450 nanómetros, luego coloque una fuente de calibración en el extremo abierto de la fibra óptica y enciéndala.

En el ordenador de control, optimice la señal y registre los espectros. Apague y retire la fuente de calibración. Encuentre las longitudes de onda de los picos conocidos de la fuente para la calibración, en este caso en la parte posterior del dispositivo.

Introduzca estos valores en el software de control del espectrógrafo para la calibración automática. Continúe colocando la rejilla para su siguiente subrango, que debe superponerse al primero, luego devuelva la fuente de calibración a la parte delantera de la fibra óptica para calibrar este rango. Repita los pasos de calibración sobre el rango de longitud de onda deseado.

Para el experimento, cierre la puerta de la cámara del electrodo y asegúrese de que esté ligeramente apretada. A continuación, vaya a la sala de control del generador de rayos. Asegúrese de que la puerta esté asegurada.

En el interior, encienda el generador de rayos y, a continuación, gire a las computadoras para controlar y supervisar el experimento. Utilice software en el ordenador de control para mover la rejilla del espectrógrafo a su posición inicial de 450 nanómetros y, a continuación, utilice la cámara para tomar una imagen de fondo. A continuación, seleccione la forma de onda, en este caso uno con un pico de 100 kilos de amplificador.

Después de asegurarse de que el espectrógrafo será activado por el evento de rayo, comience a cargar el sistema y monitoree el nivel de carga. Una vez completada la carga, el sistema está listo. Póngase protección para los oídos antes de comenzar una cuenta regresiva.

Pulse el botón para activar el rayo. Poco después del arco, la forma de onda del rayo aparecerá en el software de control del generador de rayos. Además, los espectros aparecerán en el software del espectrógrafo.

Continúe tomando tres mediciones más con la rejilla a 450 nanómetros, luego mueva la rejilla a su siguiente posición, 550 nanómetros. Repita las mediciones en esta posición y en cada una de las demás en el rango deseado de longitudes de onda. Estos datos proceden de un arco relámpago generado por laboratorio de 100 kilos de kilo de pulgada.

Es el resultado de promediar los espectros medidos de cada subrango y coser los subrangos juntos. Aquí están los mismos datos que se muestran como una gráfica de intensidad con los picos prominentes identificados a través de la comparación con una base de datos. Las líneas de nitrógeno, oxígeno, argón y helio aparecen debido a su presencia en la atmósfera.

El tungsteno aparece debido al electrodo. Aunque este método puede proporcionar información sobre los arcos relámpago generados, también se puede aplicar a otras descargas eléctricas rápidas, como descargas parciales de alto voltaje y chispas. Después de ver este video, usted debe tener una buena comprensión de cómo grabar espectros de relámpagos a partir de arcos relámpago generados o de cualquier otra descarga eléctrica rápida.