Name: 광 공중 부양 청구 방울 사용 하 여 원격 실험실의 안전 실험 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-10T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 9 s
Description: 배우세요 광 공중 부양 기술을 사용하여 레이저로 미세 입자를 조작하는 원격 실험 방법을. 이 시스템은 대기 과학 및 화학 분석 연구에 활용됩니다.

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이 작품은에 의해 지원 되었습니다 스웨덴 연구 위원회, 칼 Trygger´s 재단 과학 연구와 경제와 경쟁력의 스페인어 사역에 대 한 프로젝트 CICYT DPI2014 55932-c 2-2-. 셔 서 Sannarpsgymnasiet 덕분에 우리는 학생 들과 함께 RL를 보십시오.

참고:이 실험에 사용 된 레이저는 보이는 레이저 방사선의 최대 1 W를 제공 하는 클래스 4 레이저. 모든 직원 레이저 실험실에 적절 한 레이저 안전 교육을 실시 해야 합니다.
1. 실습 실험 프로토콜
<ol><li>안전<ol>
<li>실험실에서 모두는 레이저 설정 될 것입니다 알고 있는지 확인 합니다.</li>
		<li>실험실에서 레이저 경고 램프를 켭니다.</li>
		<li>아무 시계 또는 금속 반지는 착용 하 고 레이저 고글에 확인 하십시오.</li>
		<li>4 흡수 하는 보드, 실험에 가장 가까운 빛, 자리에 확인 하십시오.</li>
		<li>레이저와 장애물에 대 한 흡수 보드 사이의 공간을 확인 합니다. 또한 트랩 셀과 빔 블록 사이의 공간 개체에서 무료 인지 확인 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>소프트웨어와 실험 준비 합니다.<ol>
<li>연구실 컴퓨터를 켭니다. 작동 준비가 될 때까지 기다립니다.</li>
		<li>바탕 화면에서 원격 시동 폴더를 열고 Main1806.vi아이콘을 클릭 합니다. 왼쪽된 상단 모서리에 있는 화살표를 눌러 프로그램을 실행 합니다. 참고:이 그림 2 , 그림 3 에 표시 된 (예를 들어, Labview) 제어 프로그램 열리고 자동으로 레이저 및 전기 분야는 모두 전원 공급 장치를 켠다. 지금부터이 섹션에서 참조 하는 모든 단추는이 숫자에 나타나는를 참조 하십시오.</li>
		<li>"EJS 변수"에서 "레이저 원격 Enable2" 파워 라는 확인란을 표시 하 고 오른쪽에 레이저 파워 슬라이드 25%에서 끝나는 25 "레이저 current2"를 설정 합니다. 레이저 빔 빔 빔 덤프에서 끝나는 되도록 맞춤 레이저 고글을 사용 하 여 관찰 합니다. 그렇지 않은 경우에 빔 덤프의 위치를 조정.</li>
		<li>Drops2 를 확인 하 고 작은 물방울 레이저 빔으로 떨어지고 있다 때까지 방울 디스펜서의 끝을 이동. 그림 4에서 문자 A로 표시 된 번역 단계를 조정 하 여 이렇게 합니다. 그 목적을 위해 부드럽게 설정 운전 나사 번역 무대의 기지에서 원하는 위치에 도달할 때까지.<ol>
<li>경우 없는 방울 물방울 디스펜서의 끝에 표시 될 때까지 주사기에 압력을 적용, 오고 있다. 신중 하 게 닦아 (깨지기 쉬운 팁) 아세톤과 종이 사용 하 여. 작은 물방울은 지금 오는 시작 한다. 이럴 때, 포인트 1.2.4에서에서 다시 시작 합니다.</li>
		</ol>
</li>
		<li>레이저 파워를 레이저 현재 2 입력된 필드와 트랩 드롭릿 사용 하 여 약 66%를 올립니다. 드롭릿 갇혀 마자 Drops2 를 선택을 취소 합니다. 참고: 그림 5 실험 환경에서 물방울을 보여준다. 상단은 드롭릿에 있는 셀의 유리에는 반사 하는 동안 낮은 녹색 점 진짜 방울에 해당 합니다. 이 순간부터 그것은 갇힌된 방울 지금은 PSD에 몇 군데 있을 것입니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>물방울의 크기를 결정 합니다.<ol>
<li>PSD 위치 0에 가능한 한 가까이 될 때까지 레이저 파워를 조정 합니다. 참고:로 물방울 레이저 전원 또는 크기/무게에 따라 이전의 트랩 위치 이상 아래 갇혀 있을 수 있습니다. 이 단계는 물방울 이미지는 PSD의 중심 이동 수행 됩니다.</li>
		<li>화면에 만든 회절 패턴 관찰 ( 그림 1참조). 아래에서 화면을 관찰 하기 위해 배치 된 웹 카메라와 함께 사진을 찍을. 참고: 패턴은 갇혀 방울에 의해 diffracted 레이저 빛에 의해 발생 합니다.</li>
		<li>그림을 사용 하 여 라인에서 거리 이미지에 1 ~ 2 임의 최소 표시 확인. 거리 선 표시 1, 다른 부정적인 것 보다는 작은 물방울에서 경우 긍정적 이다. 그런 다음 두 거리를 40cm를 추가 합니다. 짧은 1및 긴 2를 호출 합니다. 방정식 1를 사용 하 여는 작은 물방울의 크기를 계산. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/58699/58699eq1.jpg">(1) 여기서, x 는 화면에는 작은 물방울에서 수직 거리 (x = 23.5 cm), λ 는 레이저 빛의 파장 (λ = 532 nm) Δn 은 두 최소 사이의 변두리 (정수)의 수와 계산에 사용 됩니다. 참고: 드롭릿에 PSD 중간 군데는, 화면에 물방울에서 거리 (x)는 23.5 ± 0.1 cm. 과정에 대 한 더 자세한 내용은 제이 Swithenbank 그 외 여러분 의 작품에서 찾을 수 있습니다. 6.</li>
	</ol>
</li>
	<li>방울의 책임의 극성을 확인 합니다.<ol>
<li>탭 실행 EJS 변수의 오른쪽에 선택 하 고 + 2 V ( 그림 3참조)로 E 필드 DC control2 을 설정. 전극에 전압 200 V 지금 이기 주의 해야 합니다. 참고: 작은 물방울 충전의 극성 드롭릿에 적용된 수직 전기 분야에 어떻게 응답 하는지 관찰 하 여 결정 됩니다. 전기 분야를 적용 하는 방법의 스케치 그림 6 에서 볼 수 있습니다.
</li>
	</ol>
</li>
	<li>방울의 결정 참고:는 물방울의 계산, 그것은 먼저는 물방울의 크기를 측정 하는 데 필요한입니다. 작은 물방울의 무게 때문에 액체의 밀도 알려져 있다 확인할 수 있습니다. 그림 7 은 개요로 절차를 설명합니다.<ol>
<li>E-필드 DC control2 을 0으로 설정.</li>
		<li>추정 하 고는 물방울의 위치에 대 한 평균 값 차트 파형에 PSD 정상화 위치 추적에 의해 합니다.</li>
		<li>레이저 파워의 값 note 이 값은 FRad1 공식 2에 있을 것입니다.</li>
		<li>+ 1 사이 전자 필드 DC control2 설정 및 + 5 볼트 또는-1-5 볼트 드롭 위쪽으로 이동 있도록. 드롭릿에 새로운 위치에 지금 이다입니다. 작은 물방울 단계 1.5.2에서에서 지적으로 그것의 원래 위치에 다시 될 때까지 천천히 레이저 힘을 줄일 수 있습니다. 새로운 레이저 힘 (FRad2)를 적어 둡니다. 드롭릿에 손실 된 경우 Drops2 를 확인 하 고 단계 1.2.4에서에서 다시 시작.</li>
		<li>다음 절차를 사용 하 여 요금을 계산 하. 첫째, 전기 분야에서 힘을 계산: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/58699/58699eq2.jpg">(2)</li>
		<li>식을 사용 하 여 절대 충전 확인 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/58699/58699eq3.jpg">(3) 여기 d 는 전극 사이의 거리 이며 U 는 적용 된 전압.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 원격 실험 프로토콜
<ol><li>액세스할 원격 실험실.<ol>
<li>웹 브라우저에 웹 페이지 UNILabs 열: https://unilabs.dia.uned.es/</li>
		<li>필요한 경우 원하는 언어를 선택 합니다. 옵션 헤더 아래의 메뉴의 첫 번째 항목에서 발견 된다.</li>
		<li>다음 데이터를 사용 하 여 로그인: 사용자 이름: 테스트 비밀 번호: 테스트 참고: 웹 페이지의 뉴스 및 정보에 따라 로그인 프레임이입니다.</li>
		<li>로그인 영역 옆 코스 영역에서 왼쪽 예테보리 대학 (서울)의 로고를 클릭 합니다.</li>
		<li>광 공중 부양 이 실험의 자료에 액세스 하려면 클릭 하십시오.</li>
		<li>액세스 원격 실험실의 광학 공중 부양에 클릭 하 여 원격 실험실. 그 후, 되도록 웹 페이지 표시 그림 8과 같이 원격 실험실의 사용자 인터페이스의 주요 프레임.</li>
	</ol>
</li>
	<li>광 공중 부양 실험실에 연결 합니다. 참고: 모든 지침 여기 그림 8을 참조 하십시오.<ol>
<li>연결 버튼 클릭 합니다. 연결에 성공한 경우 단추 텍스트는 연결로 변경 됩니다. 참고: 사용자가 원격 실험실에 연결, 그것은 주변 지역에서 다른 사람을 경고 하는 누군가가 전원이 되며 레이저를 원격으로 조작 하는 음향 신호에서.</li>
		<li>방울을 추적 에 클릭 하 고 PSD 데이터 수신 확인. 참고:이 시점에서 캡처한 아무 방울으로 얻은 값 관계가 없습니다.</li>
		<li>설치의 모든 요소를 식별할 일반적인 보기 클릭: 레이저, 물방울 디스펜서, 트래핑 셀 및 PSD.</li>
	</ol>
</li>
	<li>드롭릿 함정. 참고: 모든 지침 여기 그림 8을 참조 하십시오.<ol>
<li>원격 실험실 연결 되 면 시각화 피펫으로 드롭릿 디스펜서 노즐을 방울 트래핑 버튼 클릭 합니다.</li>
		<li>레이저에 연결할 레이저 설정 버튼 클릭 합니다. 참고: 레이저 시작 수동으로 그리고 악기의 나머지는 별도로 그것은 올바르게 정렬 되지 경우 환경을 손상 시킬 수 있기 때문에.</li>
		<li>레이저 파워 레이저 설정 버튼 아래 위치 제어 스트립의 1 분기 주위를 설정 합니다. 녹색 표시등이 표시 될 때까지 기다립니다.</li>
		<li>레이저 맞춤을 확인 하십시오. 참고: 레이저 올바르게 정렬 하는 경우 얇은 녹색 빛 빔 것입니다 볼 수 있습니다. 그렇지 않으면, 흩어져 녹색 자리 인식 될 것 이다. 잘못 된 정렬의 경우 시스템을 종료 하 고 실험실 유지 보수 서비스에 문의 하십시오. 유지 보수 서비스, 연설 거품을 나타내는 아이콘을 클릭 UNILabs 웹 페이지의 왼쪽된 위 모퉁이에 있습니다. 다음 관리자 사용자 메시지에 클릭 하 고 문제를 설명 하는 하단에 메시지 보내기를 누릅니다. 이 일반적으로 발생 하지 않습니다, 때문에 모든 광학 고정 됩니다.</li>
		<li>레이저 파워 바의 3/4를 증가. 참고: 60%의 전력 (550 mW)는 물방울을 유지을 충분히 부상.</li>
		<li>드롭릿 디스펜서를 켜려면 시작 삭제 버튼을 누릅니다.</li>
		<li>웹캠 이미지를 시청 하 고 플래시 제작 될 때까지 기다립니다. 그 순간, 물방울 점령 되었습니다. 웹캠 이미지를 다시 확인 하 고 물방울은 트래핑 셀의 가운데에 뜨는 서핑을 확인 합니다. 드롭릿 디스펜서를 방울 중지 단추를 누릅니다. 참고: 필요한 경우, 그것은에서 그들의 몇 가지 그들이 이미 캡처 하나 병합 기다리고 더 큰 작은 물방울을 얻을 수 있습니다. 그것은 명심 하는 경우 몇 가지 필요는 잡 았, 작은 물방울 질량 증가 있도록 레이저 전원 부상 그것을 유지 하기에 충분 하지 않을 수 있습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>물방울의 크기를 결정 합니다. 참고: 모든 명령을 여기 그림 9를 참조 하십시오.<ol>
<li>갇혀 방울에 의해 형성 된 회절 패턴 관찰을 방울 크기 조정 단추를 누릅니다.</li>
		<li>체험 실험 프로토콜 (1.3 단계) 회절 패턴에 의하여는 물방울의 크기를 결정 하려면와 동일한 절차를 따릅니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>작은 물방울 충전 극성을 결정. 참고: 모든 명령을 여기 그림 10을 참조 하십시오.<ol>
<li>PSD 그래프와는 피 펫의 웹캠 보기 볼 방울 추적 버튼 클릭 합니다.</li>
		<li>사용자 인터페이스의 왼쪽 아래에 있는 전기 필드 탭을 클릭 하십시오.</li>
		<li>100 V DC 전압을 설정 합니다. 이렇게 하려면 DC (V) 라벨의 오른쪽에 숫자 필드를 클릭 하 고 값 100을 입력 합니다.</li>
		<li>방울의 위치를 보여주는 PSD 그래프를 확인 하 고 여부는 물방울 이동 위쪽으로 또는 아래쪽으로 전기 분야에 적용 합니다. 참고: 플레이트의 극성 배열 된다 그래서 긍정적인 전압을 적용 하는 경우 부정 청구 물방울 아래쪽으로 이동 합니다 및 긍정적으로 위탁 된 작은 물방울은 위쪽으로 이동 합니다.</li>
		<li>지금의 전기 분야는 작은 물방울; 반대 방향에서 이동 값을 변경 이 위해 DC (V) 숫자 필드에-100을 입력 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>작은 물방울의 책임을 결정 합니다. 참고: 모든 명령을 여기 그림 10을 참조 하십시오.<ol>
<li>데 갇혀 방울, 방울 추적 보기를 클릭 하십시오.</li>
		<li>전기 분야 메뉴를 선택 합니다.</li>
		<li>DC 전기 분야 DC (V) 숫자 필드를 0으로 설정 합니다.</li>
		<li>견적 및 차트에 의해 주어진 물방울 위치의 평균 값 고 레이저 전력 합니다.</li>
		<li>DC 전기 분야 + V 500와 방울의 위치를 변경할 수 있도록-500 V 사이의 값으로 설정 합니다.</li>
		<li>감소 또는 드롭릿에 그것의 원래 위치에 다시 때까지 슬라이더 레이저 파워 증가 하 고 레이저 힘의 새로운 값을 적어 둡니다.</li>
		<li>1.5.5 드롭릿 요금 계산 단계에서 설명 하는 절차를 따릅니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Ashkin, A., Dziedzic, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+levitation+by+radiation+pressure%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Optical levitation by radiation pressure.</a> Applied Physics Letters. 19, 283-285 (1971).</li>
<li>Roosen, G., Imbert, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+levitation+by+means+of+two+horizontal+laser+beams%3A+A+theoretical+and+experimental+study%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Optical levitation by means of two horizontal laser beams: A theoretical and experimental study.</a> Physics Letters. 59 (1), 6-8 (1976).</li>
<li>Heradio, R., de la Torre, L., Galan, D., Cabrerizo, F. J., Herrera-Viedma, E., Dormido, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virtual+and+remote+labs+in+education%3A+A+bibliometric+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Computers+%26+Education%22%5BJournal%5D)">Virtual and remote labs in education: A bibliometric analysis.</a> Computers & Education. 98, 14-38 (2016).</li>
<li>Isaksson, O., Karlsteen, M., Rostedt, M., Hanstorp, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+optical+levitation+system+for+a+physics+teaching+laboratory%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">An optical levitation system for a physics teaching laboratory.</a> American Journal of Physics. 8810, 88-100 (2018).</li>
<li>Galan, D., Isaksson, O., Rostedt, M., Enger, J., Hanstorp, D., de la Torre, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+remote+laboratory+for+optical+levitation+of+charged+droplets%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">A remote laboratory for optical levitation of charged droplets.</a> European Journal of Physics. 39 (4), 045301(2018).</li>
<li>Swithenbank, J., Beer, J., Taylor, D., Abbot, D., Mccreath, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+laser+diagnostic+technique+for+the+measurement+of+droplet+and+particle+size+distribution%5BTitle%5D)+AND+%2214th+Aerospace+Sciences+Meeting%2C+Aerospace+Sciences+Meetings%22%5BJournal%5D)">A laser diagnostic technique for the measurement of droplet and particle size distribution.</a> 14th Aerospace Sciences Meeting, Aerospace Sciences Meetings. , (1976).</li>
<li>Christian, W., Esquembre, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+physics+with+easy+java+simulations%5BTitle%5D)+AND+%22The+Physics+Teacher%22%5BJournal%5D)">Modeling physics with easy java simulations.</a> The Physics Teacher. 45, 475-480 (2007).</li>
<li>de la Torre, L., Sanchez, J., Heradio, R., Carreras, C., Yuste, M., Sanchez, J., Dormido, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unedlabs+-+an+example+of+ejs+labs+integration+into+moodle%5BTitle%5D)+AND+%22World+Conference+on+Physics+Education%22%5BJournal%5D)">Unedlabs - an example of ejs labs integration into moodle.</a> World Conference on Physics Education. , (2012).</li>
<li>Chaos, D., Chacon, J., Lopez-Orozco, J. A., Dormido, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virtual+and+remote+robotic+laboratory+using+ejs%2C+matlab+and+labview%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Virtual and remote robotic laboratory using ejs, matlab and labview.</a> Sensors. 13, ISSN 1424-8220 2595-2612 (2013).</li>
<li>Lundgren, P., Jeppson, K., Ingerman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lab+on+the+web-looking+at+different+ways+of+experiencing+electronic+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22International+journal+of+engineering+education%22%5BJournal%5D)">Lab on the web-looking at different ways of experiencing electronic experiments.</a> International journal of engineering education. 22, 308-314 (2006).</li>
<li>Ivanov, M., Chang, K., Galinskiy, I., Mehlig, B., Hanstorp, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+manipulation+for+studies+of+collisional+dynamics+of+micron-sized+droplets+under+gravity%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Optical manipulation for studies of collisional dynamics of micron-sized droplets under gravity.</a> Optics Express. 25, 1391-1404 (2017).</li>
<li>Galinskiy, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+particle+motion+in+optical+tweezers+embedded+in+a+Sagnac+interferometer%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+express%22%5BJournal%5D)">Measurement of particle motion in optical tweezers embedded in a Sagnac interferometer.</a> Optics express. 23, 27071-27084 (2015).</li>
<li>Polat, M., Polat, H., Chander, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrostatic+charge+on+spray+droplets+of+aqueous+surfactant+solutions%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Aerosol+Science%22%5BJournal%5D)">Electrostatic charge on spray droplets of aqueous surfactant solutions.</a> Journal of Aerosol Science. 31, 551-562 (2000).</li>
</ol>

저자는 공개 없다.

이 작품 방울은 부상 광학 현대 물리 실험 수행에 대 한 설정을 제공 합니다. 실험은 전통적인 실습 방법으로 또는 원격으로 수행할 수 있습니다. 원격 시스템 설립, 학생 및 전세계 연구원 실험 설정에 대 한 액세스를 얻을 수 있습니다. 이후 그들은 고 출력 레이저와 실험에 필요한 전기 분야의 존재에 있이 필요가 없습니다이 또한 사용자의 안전을 보장 합니다. 또한, 사용자가 작용할 수 있습니다 계측 아주 간단한 방법으로, 설정의 자동화로 인해 컴퓨터를 통해 높은 수준의 명령을 전송 하 여. 실무 절차에 비해, 원격 실험 매우 비슷한 경험을 제공 합니다. 이후 절대 요금의 계산에 큰 영향, 방울의 크기를 얻는 제시 하는 실험의 키 포인트 중 하나. 세 가지 다른 방법 크기, 결정 하는 데 사용 되었습니다 그리고 그들은 모두 아주 잘 동의: (1) (2) 수직 전기 분야와 방울 진동 사용 하는 전기의 위상 차이 (회절 패턴을 사용 하 여) 설명 하는 방법을 필드 및 위치 및 (3) 카메라와 화면에 물방울의 그림자를 시각화 하는 크기를...

그 이유는 혜성의 꼬리는 항상 태양 으로부터 포인트를 설명 하는 때 빛 추진력을 운반 하는 사실 처음 케플러에 의해 제안 되었다. 이동 하 고 거시적인 개체 트래핑 레이저를 사용 하 여 A. Ashkin에 의해 처음 알려졌다 고 때 그들은 마이크로미터 공중에 뜨게 하는 것을 증명 하는 1971 년에 J. M. Dziedzic 크기의 유 전체 객체1. 갇혀 개체에 노출 되었다는 상승 지시 레이저 빔. 레이저 광선의 일부는 중력을 균형 잡히게 하기에 충분 했다 그것에 방사선 압력을 부과 하는 개체에 반영 되었다. 그러나, 대부분은 빛의 유 전체 개체를 통해 굴절 했다. 빛의 방향으로 변경 되는 개체의 반동.  가우시안 빔 프로 파일에 배치 하는 입자에 대 한 반동의 그물 효과 드롭릿에 높은 광도2의 지역으로 이동 합니다. 따라서, 안정적인 트래핑 위치 방사선 압력 중력을 균형 약간 초점 위에 위치에 레이저 광선의 센터에서 만들어집니다.
광 공중 부양 메서드를 작은 개체를 갇혀 어떤 물체에 접촉 하지 않고 제어 수 있습니다, 이후 다른 물리적 현상 levitated 물방울을 사용 하 여 공부 수 있습니다. 그러나, 실험 선물 두 가지 제한이 재현 하 여 모든 기관 필요한 장비를 감당할 수 있는 고 있기 때문에 레이저의 손을 작업에 특정 위험 학교 또는 대학에 적용 한다.
원격 실험실 (RLs) 실험 활동에 대 한 실제 실험실 장비에 온라인 원격 액세스를 제공합니다. RLs는 인터넷의 도래와 함께 90 년대의 끝에 처음 등장 하 고 그들의 중요성 및 사용 있다 성장 하 고, 년간 기술을 진행 하 고 그들의 주요 관심사 중 일부는 해결된3되었습니다. 그러나, 하지 불안 증후군의 핵심은 그대로 시간이 지남에: 실험실, 액세스 및 제어 하 고 실험 모니터링 인터넷 연결 전자 장치를 사용 하 여.
그들의 원격 특성상 증후군 같은 실험의 현실화와 관련 된 위험에 그들을 노출 하지 않고 사용자에 게 실험 활동을 제공 하 사용할 수 있습니다. 이러한 도구는 실험실 장비를 사용 하는 더 많은 시간을 보내고 학생 허용 하 고 따라서 더 나은 실험실 기술을 개발. 하지 불안 증후군의 다른 장점으로는 그들이 1) 촉진 실험적인 작업을 수행 하 고 2) 대학 간의 RLs를 공유 함으로써 학생 들에 게 제공 하는 실험의 카탈로그 확장 한 3) 실험실 작업을 일정에 유연성을 증가 하는 장애인된 들에 대 한 때문에 수행할 수 있습니다 홈 때에서 물리 연구소가 닫힙니다. 마지막으로, 하지 불안 증후군 또한 컴퓨터 제어 시스템, 요즘은 연구, 개발 및 산업의 중요 한 부분을 운영에 훈련을 제공 합니다. 따라서, 전통적인 실험실 현재, 하지만 더 흥미로운 실험 기회 제공 하지 불안 증후군만 금융 및 안전 문제에 해결책을 제공할 수 없습니다.
이 작품에 사용 되는 실험 설치, 그것은 하 크기를 측정 하 고 갇혀 방울의 충전, 전기 분야에서 입자의 움직임을 조사 방사성 소스를 사용 하 여 물방울4 에 충전을 변경 하는 방법을 분석합니다 .
제시 하는 실험적인 체제에서 강력한 레이저 위쪽 감독 이며 유리 셀4의 센터에 집중. 레이저는 2 승 532 nm 다이오드 펌프 고체 레이저 (CW), 어디 일반적으로 약 1 와트 (W) 사용 됩니다. 트래핑 렌즈의 초점 거리 이며 3.0 cm. 방울 피 방울 디스펜서와 함께 생성 됩니다 때까지 그들은 바로 레이저의 초점 위에 갇혀 있다 레이저 빔을 통해 하강. 트랩에서 상승 힘 방사선 압력은 아래쪽 감독된 중력 될 때 발생 합니다. 거기는 트래핑에 대 한 관찰 상단 시간 제한이 없습니다. 드롭릿 갇혀 긴 시간 9 시간, 그 후, 함정 해제 됐다. 물방울 레이저 분야의 상호작용 방울의 크기를 결정 하는 데 사용 되는 회절 패턴을 생성 합니다.
10% 글리세롤과 90% 물 디스펜서에서 방출 하는 작은 물방울에 의하여 이루어져 있다. 물에 신속 하 게 증발, 함정에 20 ~ 30 μ m 크기의 글리세롤 물방울을 떠나. 갇혀 있을 수 있는 작은 물방울의 최대 크기는 약 40 µ m입니다. 아니 증발 약 10 후 관찰은 s. 이 시점에서, 모든 물 증발 예정 이다. 어떤 관찰 증발 없이 긴 트랩에 최소한의 흡수는 드롭릿에 본질적으로 실내 온도에 나타냅니다. 방울의 표면 장력은 그들이 구형. 방울 방울 디스펜서에 의해 생성 된의 실험실, 어디 그들은 가장 일반적으로 될 부정 청구에서 환경 조건에 따라 달라 집니다. 위아래 트래핑 셀의 25 m m 떨어져 배치 하는 2 개의 전극으로 이루어져 있다. 그들은 수직 전기 직류 (DC) 또는 교류 전류 (AC) 필드는 작은 물방울에 적용 사용할 수 있습니다. 전기장은 1000 볼트 (V)는 전극에 적용 하는 경우에 모든 호를 만들 만큼 강하지 않다. DC 필드를 사용 하는 경우는 물방울 이동 또는 아래로 레이저 빔에 새로운 안정 된 평형 위치 합니다. AC 필드 대신 적용 하는 경우는 물방울 평형 위치로 주위 진동. 진동의 크기는 크기와 물방울 레이저 트랩의 강성 및 전기 분야의 강도에 충전에 따라 다릅니다. 작은 물방울의 이미지는 사용자가 물방울의 수직 위치를 추적할 수 있는 위치에 민감한 검출기 (PSD)에 예상 된다.
이 작품에는 교육 및 연구는 물리학에 있는 현대 개념 충전된 방울의 광학 공중 부양에 정보 및 통신 기술의 혁신적인 RL 통해를 사용 하 여 현대화의 성공적인 이니셔티브를 선물 한다. 그림 1 은 RL의 아키텍처를 보여 줍니다. 표 1 보여줍니다 레이저; 그들의 클래스에 따라 발생할 수 있는 가능한 상해 이 설정에서 클래스 4 레이저 사용 되었습니다, 가장 위험한 것입니다. 원격 작업에서 제공 하는 안전은 명확 하 게이 실험을 위해 적합 한 그래서 그것은 보이는 레이저 방사선의 최대 2.0 W 작동할 수 있습니다. 충전 된 물방울의 광학 공중 부양 RL 20185D. Galan 외 의 작품에 발표 했다. 이 작품에서는, 그것은 어떻게 사용할 수 있습니다 온라인 비용, 물류 또는 안전 문제에 대해 염려할 필요 없이 물리학의 현대 개념을 학생 들을 소개 하 고 싶은 교사에 의해 증명 됩니다. 인터랙티브 실험실의 대학 네트워크 라는 웹 포털 통해는 RL를 액세스 하는 학생 들 (UNILabs-https://unilabs.dia.uned.es)을 찾을 수 있는 실험과 실험의 사용에 관련 된 이론에 관한 모든 문서에 웹 응용 프로그램에 의해 설정 합니다. 원격 실험실의 개념을 사용 하 여 비용이 많이 드는 고 위험한 장비를 필요로 하는 현대 물리학에 있는 실험적인 작품 만들 수 있습니다 사용할 수 있는 학생의 새로운 그룹을. 또한, 그것은 일반적으로 액세스할 수 없습니다 연구소 밖에 서 실험과 실험실 시간을 더 전통적인 학생을 제공 하 여 공식적인 학습을 향상 시킵니다.

<table><tbody><tr><td>GEM 532</td><td>레이저 양자</td><td></td><td>녹색 레이저는 50 mW와 2 W 사이에서 조절 가능한 전력을 가지고 있습니다</td></tr><tr><td>. 측면 효과 위치 센서</td><td>THOR Lab</td><td>PDP90A</td><td>PSD는 피펫 내의 물방울 위치를 감지합니다.</td></tr><tr><td>고급 교육용 분광계 키트, 메트릭</td><td>THOR Lab</td><td>EDU-SPEB1/M</td><td>미러 및 기타 요소로 레이저 빔을 제어합니다.</td></tr><tr><td>자체</td><td>제작</td><td></td><td>챔버는 액적이 갇히는 경우가 이 설정</td></tr><tr><td>AC/DC 전원 공급 장치</td><td>Keithley Instruments, Inc.</td>를 위해 특별히 제작되었습니다.<td>2380-500-30</td><td>전기장을 생성하기 위한 전원 공급 장치(0V - 500V DC)</td></tr><tr><td>전원 분배 장치</td><td>APC</td><td>AP7900</td><td>실험실 기기를 원격으로 연결하기 위한 PDU</td></tr></tbody></table>

광 공중 부양 청구 방울 사용 하 여 원격 실험실의 안전 실험

Safe Experimentation in Optical Levitation of Charged Droplets Using Remote Labs

작업 공정의 많은 근본적인 물리적, 광자 압력, 빛의 회절 또는 전기 분야에서 입자의 모션 연구를 허용 하는 실험을 선물 한다. 이 실험에서 초점된 레이저 빔을 가리키는 위쪽으로 공중에 뜨게 액체 작은 물방울. 작은 물방울은 중력을 균형 초점된 레이저 광선의 광자 압력으로 부상. 레이저 빛으로 조명 하는 때 회절 패턴 갇혀 방울의 크기를 측정을 도울 수 있다. 갇혀 방울의 수직 방향된 전기장을 적용 될 때의 동작을 공부 하 여 확인할 수 있습니다. 원격으로 제어 될 것이 실험을 동기 부여 하는 몇 가지 이유가 있다. 학부 교육 실험실에서 일반적으로 사용할 수 있는 금액을 초과 하는 설치에 필요한 한 투자 실험은 피부와 눈에 유해한 클래스 4 레이저 요구 하 고 해로운 전압을 사용 하는 실험.

레이저 빔 정렬 잘 되 고 바닥판은 깨끗, 방울 거의 즉시 갇혀 있습니다. 드롭릿 갇혀 때 그것 머물 수 함정에 몇 시간 동안 충분 한 조사를 위한 시간을 주는. 작은 물방울의 반지름 r 25 ≤ r ≤ 35 μ m의 범위 이며 충전 1.1x10-17 ±1.1 x10-18 C와 5.5x10-16 ±5.5 x10-17 C. 사이 측정 되었다 우리의 측정, 일정 시간이 지남에, 방울의 크기를 유지 하지만 충전 됩니다 천천히 확산, 전기 분야를 적용 하는 경우는 물방울의 위치에서 작고 작은 반응을 주는. 이 사용자 경우 그 또는 그녀가 충분히 참을성 같은 물방울에 다른 요금을 측정 하는 기회를 제공 합니다.
원격 실험실 쉬운 자바/자바 시뮬레이션<sup class="xref"...

광 공중 부양 뜨는 서핑 마이크로미터 크기의 유 전체 개체 레이저 빛을 사용 하는 방법입니다. 컴퓨터 및 자동화 시스템, 광학 공중 부양에 대 한 실험을 활용 하 여 원격으로 제어할 수 있습니다. 여기, 원격 제어 광학 공중 부양 시스템을 모두 사용 하는 현재 우리 교육 및 연구 목적.

The work presents an experiment that allows the study of many fundamental physical processes, such as photon pressure, diffraction of light or the motion ...

당사의 프로토콜은 광자 압력이나 전장에서 충전된 입자가 이동하는 방식과 같은 많은 기본적인 물리적 개념을 시각화하는 데 사용할 수 있습니다. 더욱이 이러한 모든 작업은 원격으로 수행할 수 있습니다. 주요 장점은 레이저 고글을 직접 사용하거나 웹 카메라를 사용하여 컴퓨터 화면에 있는 유일한 검출기로 맨눈으로 물리적 현상을 시각화할 수 있다는 것입니다.실험 시스템은 예를 들어, 라만 분광법을 사용하여 액체 물방울 또는 액적의 화학 적 조성 사이의 상관 관계를 조사하여 대기 과학에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다. 원격 액세스 프로토콜은 광범위한 실험 유형에 적용할 수 있습니다. 주요 실험 과제는 고성능 레이저를 사용한다는 것입니다.따라서 엄격한 레이저 안전 규정이 적용되어야 합니다. 이 실험의 전체 아이디어는 일반적으로 블랙 박스 실험이나 이론적 치료를 통해 입증되는 물리학의 개념을 시각화하는 것입니다. 이 실험은 오스카 이삭슨과 안드레아스 요한슨에 의해 입증될 것입니다.그들은 모두 지역 고등학교에서 가르치는 것과 PH를 목표로하는 연구 사이의 시간을 공유하고 있습니다. D.degree. 언제 든 지 강력한 레이저 관련, 안전 최우선 이어야 한다. 이 레이저는 눈에 보이는 레이저 방사선의 두 와트를 제공합니다.따라서 모든 직원은 레이저 안전 코스에 참석해야합니다. 먼저 실험실 영역의 모든 사람에게 레이저가 켜져 있음을 알릴 수 있습니다. 그런 다음 실험실 내부의 레이저 경고 램프를 켭니다.다음으로, 4개의 광 흡수 보드를 배치하고 레이저와 흡수 보드 사이의 공간이 장애물로부터 자유롭다는 것을 확인합니다. 또한 트래핑 셀과 빔 블록 사이의 공간이 물체로부터 없는지 확인합니다. 레이저를 시작하기 전에 시계와 금속 링을 제거하고 적절한 눈 보호 기능을 착용하십시오.이제 랩 컴퓨터를 켜고 작동할 준비가 될 때까지 기다립니다. 바탕 화면에서 원격 시작 폴더를 열고 아이콘 Main1806을 클릭합니다. VI.왼쪽 상단 모서리에 있는 화살표를 눌러 프로그램을 실행합니다.EJS 변수에서 레이저 원격 사용 2 전원이라는 확인란을 표시하고 레이저 전류 2 ~ 25를 설정하여 레이저 전원 슬라이드가 정렬 레이저 고글을 사용하여 레이저 빔을 관찰하여 빔이 빔 돔에서 끝나는지 확인합니다. 그렇지 않은 경우 빔 돔의 위치를 조정합니다. 다음으로, 프로그램 VI.Then에서 Drops2를 확인하여, 발바닥에 구동 나사를 돌려 번역 단계를 조정하여 액적이 레이저 빔에 떨어질 때까지 방울 디스펜서의 끝을 이동합니다.다시 소프트웨어에서, 약레이저 전력을 올립니다 66% 레이저 전류를 사용하여 2 입력 필드 방울을 트랩. 물방울이 갇히자마자 Drops2를 선택 취소하십시오. 텍스트 프로토콜을 따라 액수의 크기와 극성을 결정한 후 알려진 크기를 밀도로 곱하여 액적의 전하를 결정합니다.다음으로, E필드 DC 컨트롤 2를 제로로 설정하고 차트 파형에서 PSD 정규화 위치 추적에 의해 액적 위치에 대한 평균 값을 기록하고 기록합니다. 방정식 2에서 F-Read 1로 주어진 레이저 전력의 값을 계산합니다. 이제 E필드 DC 컨트롤 2를 1~5볼트 또는 1~5볼트 사이에 설정하여 드롭이 위쪽으로 이동하도록 합니다.이제 액적이 새로운 위치에 있습니다. 방울이 원래 위치에 돌아올 때까지 레이저 전력을 천천히 줄입니다. F-읽기 2로 새로운 레이저 파워를 적어.원격 연구소에 액세스하려면 웹 브라우저에서 Unilab의 웹 페이지를 엽니다. 연결되면 헤더 아래 메뉴의 첫 번째 항목에서 원하는 언어를 선택합니다. 그런 다음 다음 데이터를 사용하여 로그인합니다.코스 영역에서 로그인 영역 옆에 있는 예테보리 대학의 로고를 왼쪽 클릭합니다. 그런 다음 광학 적 위질을 클릭하여 이 실험의 재료에 액세스합니다. 광학 적위 원격 실험실을 클릭하여 원격 연구소에 액세스 할 수 있습니다.그런 다음 웹 페이지의 메인프레임이 다음과 같이 보이고 원격 연구소의 사용자 인터페이스를 보여 주는지 확인합니다. 그런 다음 연결 버튼을 클릭합니다. 연결이 성공하면 단추 텍스트가 연결됨으로 변경됩니다.그런 다음 물방울 추적을 클릭하고 PSD 데이터가 수신되고 있는지 확인합니다. 그런 다음 일반 보기를 클릭하여 레이저, 액적 디스펜서, 트래핑 셀 및 PSD와 같은 설정의 모든 요소를 식별합니다. 물방울을 트랩하려면 먼저 트래핑 액적 버튼을 클릭하여 파이펫과 액적 디스펜서 노즐을 시각화합니다.그런 다음 레이저 켜기 버튼을 클릭하여 레이저에 대한 연결을 설정합니다. 여기에서, 제어 스트립의 1 분기 주위에 레이저 전원을 설정, 레이저 버튼에 차례 아래에 위치한. 녹색 표시등이 표시될 때까지 기다립니다.레이저가 올바르게 정렬되면 얇은 녹색 빔 광선이 표시됩니다. 정렬이 잘못된 경우 프로토콜에 설명된 대로 유지 관리 서비스에 문의하십시오. 레이저가 정렬되면, 바의 3 분기에 전력을 증가.그런 다음 시작 방울 버튼을 클릭하여 액적 디스펜서를 켭니다. 웹캠 이미지를 보고 플래시가 생성될 때까지 기다립니다. 그 순간, 물방울이 포착되었습니다.웹캠 이미지를 다시 확인하고 포획 셀의 중앙에 액적이 부풀어 있는지 확인합니다. 그런 다음 정지 드롭 버튼을 눌러 액적 디스펜서를 끕니다. 액적의 크기를 확인하려면 크기 조정 물방울을 누르고 첨부 텍스트 프로토콜의 섹션 8에서 절차를 따르십시오.캡처된 액적에 대한 요금을 확인하려면 먼저 추적 물방울 보기를 클릭합니다. 그런 다음 전기 필드 메뉴를 선택하고 DC 전압 숫자 필드를 사용하여 DC 전기 필드를 제로로 설정합니다. 차트를 사용하여 액적 위치의 평균 값을 추정하고 기록하고 레이저 출력을 기록합니다.이제 DC 전기 필드를 500볼트 사이의 값으로 설정하여 액적의 위치를 변경합니다. 위치가 변경되면 액적이 원래 위치에 돌아올 때까지 슬라이더로 레이저 전원을 수정하고 레이저 전력의 새 값을 적어 둡니다. 마지막으로 함께 제공되는 텍스트 프로토콜에서 방정식 2를 사용하여 물방울의 요금을 계산합니다.여기에 표시된 것은 트랩 된 물방울이 부풀어 있습니다. 설정셀 내부에 있는 물방울 중 하나를 볼 수 있습니다. 녹색은 레이저와 두 개의 점의 광경에 기인한다, 대신 하나, 세포의 유리에 액적의 반사에 기인한다.이 경우, 상부점은 반사이고 하부점은 액적이다. 함정을 시도할 때 가장 중요한 것은 인내심을 갖는 것입니다. 마이크로미터 크기의 액적은 액적 자체보다 약간 더 넓은 빛의 광선에 착륙해야 합니다.충전에 대한 보다 정확한 값을 얻으려면 제어 루프를 사용할 수 있습니다. 전기장을 적용하는 동안, 제어 루프는 방울이 원래 위치에 돌아올 때까지 레이저 전력을 변경합니다. 이 실험 적인 설치에서 추가 개발고속 카메라와 물방울 충돌을 연구 하 고 또한 고진공 챔버에서 물방울 동작 을 조사 하는.클래스 4 레이저는이 실험에 사용됩니다. 실험실과 환경의 인력을 보호하기 위해 모든 안전 조치를 취하는 것이 중요합니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

우주 비행 혈액 진단은 혁신이 필요합니다. 몇몇 시위, 기내 감소 중력 건강 진단 기술을 설명하는 발표되었다. 여기에서 우리는 구성 요소와 다른 설정에 적용 할 준비 전략과 프로토 타입 현장 진료 흐름 세포 계측법 설계를위한 포물선 비행 시험 장비의 건설 및 운영을위한 방법을 제시한다.

프로토 타입 소형 흐름 사이토와 동반자 미세 유체 혼합 기술의 감소 - 중력 환경 하드웨어 데모

계자 디웨팅 장치(Field-DW)의 제조 및 작동을 위한 프로토콜과 액적 내용물에 대한 전기장의 영향에 대한 예비 연구에 대해 설명합니다.

감소 물방울 표면 상호 작용을 활용하는 디지털 미세 유체에 Bioanalytes의 전송을 최적화하려면

액적 미세유체역학에서 다색 형광 검출은 일반적으로 부피가 크고 복잡한 에피 형광 현미경 기반 검출 시스템을 포함합니다. 여기에서는 단일 광검출기에서 수집한 다색 데이터를 시간적으로 인코딩하기 위해 광섬유 어레이를 사용하는 소형 모듈식 다색 검출 체계에 대해 설명합니다.

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실험실에서 드롭 반응 시스템 미세 규모에 복잡 한 반응의 다양 한 구현을 수 있습니다. 전자기 코일의 3 x 3 매트릭스의 구성 하는 자동된 개폐 플랫폼 개발 되었다 성공적으로 병합 두 10 µ L microreactors를 사용 하 고 결과 액체 구슬에서 효소 반응 함으로써 시작.

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공기에서 유전체 미세 입자의 광학 트랩로드

최근 브레멘 드롭 타워의 미세 중력 환경에서 광전기 화학 반셀의 기능화된 반도체 전기 촉매 시스템에 효율적인 태양수소 생산이 실현되었습니다. 여기서, 반도체-전기촉매 장치를 제조하기 위한 실험 절차, 낙하 시 낙하 캡슐 내의 실험 설정 및 실험 서열에 대한 세부 사항을 보고한다.

미세 중력 환경에서 효율적인 태양 수소 생산을위한 실험 방법

이 프로토콜은 공기 중의 액적과 초소수성 기판 사이의 상호 작용을 조사하는 것을 목표로합니다. 여기에는 측정 시스템을 교정하고 서로 다른 그리드 분율을 가진 초소수성 기판에서의 상호 작용 력을 측정하는 것이 포함됩니다.

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우리는 사용자가 여러 실험을 실행하고 디지털 미세 유체학에 대한 실습 경험을 얻을 수있는 교육 키트를 설명합니다.

과학 교육을 위한 디지털 미세 유체 액적 액적 을 기반으로 하는 다목적 키트

두 기포 사이의 유착 기술을 기반으로 하는 단일 트랩 음향 기포의 모양 진동을 제어하기 위해 빠르고 신뢰할 수 있는 기술이 제안됩니다. 정상 상태의 대칭 제어 기포 모양 진동을 통해 기포 계면 부근에서 생성된 유체 흐름을 분석할 수 있습니다.

음향 부상 시스템에서 Nonspherical Bubble Oscillations에 의한 마이크로스트리밍 유도

여기서, 제어된 방울 크기를 갖는 고도로 단분산 에멀젼을 생성하기 위해 사용되는 유리 기반 미세유체 장치를 제조하기 위한 프로토콜이 제시된다.

방울과 에멀젼을 생성하는 유리 기반 장치

여기에서는 데스크탑 공예 절단기로 사내에서 제작된 마이크로채널을 사용하여 Taylor 분산 실험을 마이크로 스케일에 적용하는 프로토콜을 제시합니다. 실험 플랫폼은 단일 종 수동 추적자의 확산 계수를 계산하고 다중 종 이온 상호 작용 및 분리를 시각화하는 데 사용될 수 있습니다.

접근 가능한 미세유체 설정을 통해 전해질 용액의 분산 계수를 측정하기 위해 Taylor 분산 조정

배우세요 광 공중 부양 기술을 사용하여 레이저로 미세 입자를 조작하는 원격 실험 방법을. 이 시스템은 대기 과학 및 화학 분석 연구에 활용됩니다.

광 공중 부양 청구 방울 사용 하 여 원격 실험실의 안전 실험

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