Expérimentation sécuritaire en lévitation optique de gouttelettes chargées à l’aide de Remote Labs

Notre protocole peut être utilisé pour visualiser de nombreux concepts physiques fondamentaux, tels que la pression des photons ou la façon dont une particule chargée se déplace dans un champ électrique. De plus, toutes ces tâches peuvent être exécutées à distance. Le principal avantage est que nous pouvons visualiser les phénomènes physiques à l’œil nu comme seul détecteur, soit directement à l’aide de lunettes laser, ou sur l’écran de l’ordinateur à l’aide d’une caméra Web.

Le système expérimental peut, par exemple, fournir un aperçu des sciences atmosphériques en étudiant les corrélations entre les gouttelettes liquides ou la composition chimique d’une gouttelette à l’aide de la spectroscopie Raman. Le protocole d’accès à distance s’applique à un large éventail de types d’expériences. Le principal défi expérimental est que nous utilisons des lasers de grande puissance.

Par conséquent, des règlements stricts en matière de sécurité laser doivent être appliqués. L’idée de cette expérience est de visualiser des concepts de physique qui sont normalement démontrés dans l’expérience des boîtes noires ou par des traitements théoriques. L’expérience sera démontrée par Oscar Isaksson et Andreas Johansson.

Ils partagent tous deux leur temps entre l’enseignement dans une école secondaire locale et la recherche visant un PH. D.degree. Chaque fois que des lasers puissants sont impliqués, la sécurité doit être la priorité absolue. Ces lasers délivrent deux watts de rayonnement laser visible.

Par conséquent, tout le personnel doit suivre le cours de sécurité laser. Commencez par informer tout le monde dans la zone du laboratoire qu’un laser sera allumé. Allumez ensuite la lampe d’avertissement laser à l’intérieur du laboratoire.

Ensuite, placez les quatre planches absorbant la lumière et vérifiez que l’espace entre le laser et les planches absorbante est libre d’obstacles. Vérifiez également que l’espace entre la cellule de piégeage et le bloc de faisceau est libre d’objets. Avant de commencer le laser, retirez également toutes les montres et anneaux métalliques, et mettez une protection oculaire appropriée.

Maintenant, allumez l’ordinateur du laboratoire et attendez qu’il soit prêt à fonctionner. Ouvrez le dossier de démarrage à distance depuis le bureau et cliquez sur l’icône Main1806. VI.Exécuter le programme en appuyant sur la flèche dans le coin supérieur gauche.

Sous les variables EJS, marquer la case à cocher nommée Laser Remote Enable 2 Power et régler laser courant 2 à 25 de sorte que la diapositive de puissance laser vers la droite se termine à 25%Observez le faisceau laser en utilisant des lunettes laser alignement pour s’assurer que le faisceau se retrouve dans le dom faisceau. Si ce n’est pas le cas, ajustez la position du dom du faisceau. Ensuite, vérifiez Drops2 dans le programme VI.Then, ajustez l’étape de traduction, en tournant les vis de conduite à sa base, pour déplacer la pointe du distributeur de gouttelettes jusqu’à ce que les gouttelettes tombent dans le faisceau laser.

De retour dans le logiciel, augmenter la puissance laser à environ 66% en utilisant le laser courant 2 champ d’entrée pour piéger une gouttelette. Dès qu’une gouttelette est piégée, décochez Drops2. Après avoir déterminé la taille et la polarité de la gouttelette en suivant le protocole de texte, déterminez la charge de la gouttelette en multipliant sa taille connue avec sa densité.

Ensuite, réglez le contrôle E-Field DC 2 à zéro et estimez et notez une valeur moyenne pour la position de la gouttelette par la trace de position normalisée PSD dans la forme d’onde graphique. Calculez la valeur de la puissance laser donnée sous forme de F-Read 1 dans l’équation 2. Maintenant, réglez le E-Field DC Control 2 entre 1 et 5 Volts ou 1 et 5 Volts de sorte que la chute se déplace vers le haut.

La gouttelette est maintenant à un nouveau poste. Réduisez lentement la puissance laser jusqu’à ce que la gouttelette soit de retour dans sa position d’origine. Notez la nouvelle puissance laser comme F-Read 2.

Pour accéder au laboratoire distant, ouvrez la page Web de l’Unilab sur un navigateur Web. Une fois connecté, sélectionnez la langue désirée dans le premier élément du menu sous l’en-tête. Connectez-vous ensuite en utilisant les données suivantes.

Dans la zone du cours, à côté de la zone de connexion, cliquez à gauche sur le logo de l’Université de Göteborg. Ensuite, cliquez sur Lévitation Optique pour accéder au matériel de cette expérience. Accédez au laboratoire distant en cliquant sur Remote Laboratory of Optical Levitation.

Après cela, assurez-vous que l’ordinateur central de la page Web ressemble à ceci et montre l’interface utilisateur du laboratoire distant. Ensuite, cliquez sur le bouton Connect. Si la connexion est réussie, le texte du bouton passe à Connected.

Ensuite, cliquez sur Tracking Droplets et vérifiez que les données psd sont reçues. Cliquez ensuite sur Vue Générale pour identifier tous les éléments de la mise en place : le laser, le distributeur de gouttelettes, la cellule de piégeage et le PSD. Pour piéger une gouttelette, cliquez d’abord sur le bouton gouttelettes de piégeage pour visualiser la pipette et la buse du distributeur de gouttelettes.

Ensuite, cliquez sur le bouton Activer le laser pour établir la connexion au laser. De là, réglez la puissance laser autour du premier quart de la bande de contrôle, qui est situé sous le bouton Activer le laser. Attendez que le feu vert soit visible.

Si le laser est correctement aligné, une fine lumière de faisceau vert sera vue. En cas d’alignement incorrect, veuillez contacter les services de maintenance tels que décrits dans le protocole. Une fois que le laser est aligné, augmenter sa puissance à trois quarts de la barre.

Ensuite, cliquez sur le bouton Démarrer gouttes pour allumer le distributeur gouttelette. Regardez l’image de la webcam et attendez qu’un flash soit produit. À ce moment-là, une gouttelette a été capturée.

Vérifiez à nouveau l’image de la webcam et vérifiez qu’une gouttelette est en lévitation au centre de la cellule de piégeage. Ensuite, appuyez sur le bouton Stop drops pour éteindre le distributeur de gouttelettes. Pour déterminer la taille de la gouttelette, appuyez sur déposer les gouttelettes de dimensionnement et suivez la procédure à la section 8 du protocole texte qui l’accompagne.

Pour déterminer la charge de votre gouttelette capturée, cliquez d’abord sur la vue Gouttelettes de suivi. Ensuite, sélectionnez le menu champ électrique et réglez le champ DC Electric à zéro avec le champ numérique DC Voltage. À l’aide du graphique, estimer et noter une valeur moyenne de la position de la gouttelette et notez également la puissance laser.

Maintenant, réglez le champ DC Electric à une valeur comprise entre ou 500 Volts pour faire changer la position de la gouttelette. Une fois que la position change, modifiez la puissance laser avec le curseur jusqu’à ce que la gouttelette soit de retour dans sa position d’origine et notez la nouvelle valeur de la puissance laser. Enfin, utilisez l’équation 2 du protocole texte qui l’accompagne pour calculer la charge de la gouttelette.

On voit ici une gouttelette piégée en lévitation. Il est possible de voir l’une des gouttelettes lévitation à l’intérieur de la cellule de la configuration. La couleur verte est due au laser et la vue de deux points, au lieu d’un, est due à la réflexion de la gouttelette sur le verre de la cellule.

Dans ce cas, le point supérieur est la réflexion et le point inférieur est la gouttelette. La chose la plus importante lorsque vous essayez de piéger est d’avoir de la patience. Une gouttelette de la taille d’un micromètre est censée atterrir dans un faisceau de lumière légèrement plus large que la gouttelette elle-même.

Afin d’obtenir une valeur plus précise pour la charge, une boucle de contrôle peut être utilisée. Lors de l’application d’un champ électrique, la boucle de commande changera la puissance laser jusqu’à ce que la gouttelette soit de retour dans sa position d’origine. D’autres développements de cette configuration expérimentale est d’étudier les collisions de gouttelettes avec des caméras à grande vitesse, et aussi d’étudier comment la gouttelette se comporte dans une chambre à vide élevé.

Un laser de classe 4 est utilisé dans cette expérience. Il est important de prendre toutes les mesures de sécurité pour protéger le personnel du laboratoire et de l’environnement.