Metodo per la registrazione dei spettri ad alta risoluzione a banda larga degli arci fulmini di laboratorio

L'obiettivo generale di questo esperimento è quello di acquisire lo spettro di emissione di un arco di fulmini generato. Questo metodo può aiutare a comprendere i meccanismi di fulmini sottostanti, la sua interazione con l'aria e la sua interazione con altri elementi all'interno dell'ambiente circostante. Il vantaggio principale di questa tecnica è che non è invadente e non interferisce con l'arco dei fulmini.

Ad aiutarmi a dimostrare la procedura ci sarà Chris Stone, il responsabile del Lightning Laboratory. Questo esperimento utilizza il generatore di fulmini nel Morgan-Botti Lightning Lab dell'Università di Cardiff. Il fulmine viene generato all'interno di una camera elettromagnetica schermata ad impulso.

All'interno della camera, c'è un parafulmine. Il carro ha supporti per elettrodi generatori di arco. A due metri dal rig c'è un treppiede che supporta una piccola fibra ottica.

La fibra viene collimata e diretta verso la regione di scarico. La fibra ottica conduce la luce a una seconda camera sopra la prima; La fibra ottica termina sul telaio leggero del sistema.

Le due camere, l'apparato associato a ciascuna di esse, e la fibra di collegamento sono raffigurate in questo schema. Il sistema di spettrografi si basa su una configurazione Czerny-Turner con una lunghezza focale di 30 centimetri. La luce della fibra passa attraverso una fessura regolabile di 100 micrometri.

Tre specchi e una griglia girevole riflettono la luce in una fotocamera digitale che funziona a meno 70 gradi Celsius. La risoluzione spettrale è di 0,6 nanometri in una sottocateno di 140 nanometri. Preparare elettrodi fatti di un materiale appropriato.

Questo esperimento utilizza una coppia di emisferi di tungsteno con un diametro di 60 millimetri. La preparazione degli elettrodi richiede panni senza pelucchi, un bagno d'acqua sonico e una gamma di qualità di carta vetrata e panno di lucidatura. Pulire un elettrodo alla volta;iniziare con carta vetrata grossolana e strofinare l'elettrodo per cinque minuti.

Al termine, posizionare l'emisfero in un bagno sonico a temperatura ambiente. Dopo 10 minuti, indossare guanti puliti e rimuovere l'emisfero. Pulirlo con un panno privo di pelucchi.

Ripetere il processo di sfregamento e pulizia con gradi più fini di carta vetrata. L'obiettivo è rimuovere i contaminanti e ottenere un buon smalto per l'esperimento. Quando entrambi gli elettrodi sono puliti, portali alla camera per il montaggio.

In questo esperimento, se montati, gli elettrodi sono separati da 14 millimetri. Nella camera dell'elettrodo, posizionare la fibra ottica per visualizzare il centro dello spazio dell'elettrodo. Tramite un computer di controllo, avviare il sistema di spettrografi e spostare la sua griglia nella posizione iniziale di 450 nanometri, quindi posizionare una sorgente di calibrazione all'estremità aperta della fibra ottica e accenderla.

Sul computer di controllo, ottimizzare il segnale e registrare gli spettri. Spegnere e rimuovere la sorgente di calibrazione. Trova le lunghezze d'onda per i picchi noti della sorgente per la calibrazione, in questo caso sul retro del dispositivo.

Immettere questi valori nel software di controllo dello spettrografo per la calibrazione automatica. Continuare posizionando la griglia per il suo sottodispone successivo, che dovrebbe sovrapporsi al primo, quindi riportare la sorgente di calibrazione nella parte anteriore della fibra ottica per calibrare questo intervallo. Ripetere i passaggi di calibrazione sull'intervallo di lunghezze d'onda desiderato.

Per l'esperimento, chiudere la porta della camera dell'elettrodo e assicurarsi che sia leggera. Quindi, vai alla sala di controllo del generatore di fulmini. Assicurarsi che la porta sia fissata.

All'interno, accendere il generatore di fulmini, quindi rivolgersi ai computer per controllare e monitorare l'esperimento. Utilizzare il software sul computer di controllo per spostare la griglia dello spettrografo nella sua posizione iniziale di 450 nanometri, quindi utilizzare la fotocamera per scattare un'immagine di sfondo. Selezionare quindi la forma d'onda, in questo caso una con un picco di 100 kilo-amp.

Dopo aver fatto in modo che lo spettrografo venga attivato dall'evento lightning, inizia a caricare il sistema e monitora il livello di carica. Al termine della ricarica, il sistema è pronto. Indossare la protezione dell'orecchio prima di iniziare un conto alla rovescia.

Premi il pulsante per attivare il fulmine. Poco dopo l'arco, la forma d'onda lightning apparirà nel software di controllo del generatore di fulmini. Inoltre, gli spettri appariranno nel software di spettrografo.

Continuare prendendo altre tre misurazioni con la griglia a 450 nanometri, quindi spostare la griglia nella sua posizione successiva, 550 nanometri. Ripetere le misurazioni in questa posizione e in ciascuna delle altre nell'intervallo desiderato di lunghezze d'onda. Questi dati provengono da un arco di fulmini generato da laboratorio da 100 chilogrammi.

È il risultato della media degli spettri misurati di ogni sottocatene e della cucitura delle sottocateni. Ecco gli stessi dati mostrati come un grafico di intensità con i picchi prominenti identificati attraverso il confronto con un database. Azoto, ossigeno, argon e linee di elio appaiono a causa della loro presenza nell'atmosfera.

Il tungsteno appare a causa dell'elettrodo. Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sui fulmini generati, può anche essere applicato ad altre scariche elettriche veloci come la scarica parziale ad alta tensione e lo scintillio. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come registrare gli spettri di fulmini dagli archi di fulmini generati o da qualsiasi altra scarica elettrica veloce.