Een analoge macroscopische techniek voor de studie van moleculaire hydrodynamische processen in dichte gassen en vloeistoffen

Het algemene doel van deze procedure is om hydrodynamische processen op moleculaire schaal in vloeistoffen te bestuderen met behulp van een analoge techniek die de dynamische eigenschappen van individuele en collectieve deeltjes in gevibraarde graanhoopjes meet. Het grote voordeel van deze techniek is dat deze experimenteel toegankelijke inverse microschel biedt voor het direct observeren van complexe dynamische processen op moleculaire schaal. Aangezien deze techniek sterk gekoppeld is aan de statistische mechanica van interacterende deeltjessystemen, opent het een deur voor experimenteel onderzoek naar fundamentele vragen op dit gebied.

Deze techniek kan ook worden toegepast om de statistische mechanica van interacterende macroscopische deeltjessystemen te bestuderen, zoals de gevibraarde graanhoopjes die we onderzoeken. Over het algemeen zullen personen die deze techniek gebruiken, moeite hebben met het leren van de elementen van evenwichts- en niet-evenwichtsstatistische mechanica die nodig zijn voor het interpreteren van experimentele waarnemingen bij het ontwerpen van experimenten. Visuele demonstratie van deze techniek is cruciaal omdat deze deeltjesbeeldsnelheidsmeting, normaal gesproken gebruikt voor het meten van de beweging van microscopische deeltjes, uitbreidt naar de beweging van centimeter-schaal deeltjes.

Het experiment maakt gebruik van dit trillingssysteem. Het bestaat uit een ringvormige polyurethaan kom die is bevestigd aan een eensnelheidsonevenwichtige motor om trillingen te genereren. Deze zijn bevestigd aan een gewogen basis en gescheiden door een groep veren.

Bevestig de komconstructie aan zijn standaard met rubberen haken. Plaats in de kom een triaxiale versnellingsmeter. Deze is verbonden met een sensor signaal op een tafel weg van het trillingssysteem.

Werk vervolgens met het gekozen medium voor het experiment. Gebruik in dit geval een keramisch polijstmedium rechthoek met gelijke zijlengten. Voeg het medium toe aan de trillende kom. Houd in de buurt van de kom een oplossing van water en afwerkingsmiddel klaar om het medium te bevochtigen.

Stel ook een peristaltische pomp in om de vloeistof in de trillende kom te bewegen. Leidt een plastic buis van de pomp naar de bovenkant van de kom. Stel de pompsnelheid in, maar start de stroming niet.

Voor beeldvorming stelt u een hogesnelheidscamera in. Kies een lens die geschikt is voor de gewenste oppervlakte-integratie en resolutie. Ondersteun de camera op een structuur die is geïsoleerd van het trillingssysteem.

Wanneer u de camera monteert, moet de lengte ervan loodrecht op het open oppervlak van het medium zijn en 550 millimeter erboven. Verbind vervolgens de camera met de voeding, een GPS-antenne en de computer. Start op de computer de camerasoftware en selecteer de camera.

Bekijk het gezichtsveld van de camera live met de software. Gebruik bij de opstelling elk helder licht om het testgebied te verlichten. Het gekozen gezichtsveld moet gelijkmatig verlicht zijn.

Gebruik vervolgens de camerasoftware om digitaal in te zoomen tot 500 keer vergroting. Pas bij de camera de focusring van de lens aan. Het doel is om de beste optische focus te bereiken voor dataverzameling.

Keer vervolgens de digitale zoom terug naar geen vergroting. Ga door met het instellen van de camera-acquisitiesnelheid. Plaats voor het maken van afbeeldingen een gestreepte schaal in het gezichtsveld.

Gebruik de camera om een enkele afbeelding ervan op te nemen. Sla de afbeelding op als TIFF-bestand voordat u deze van de camera verwijdert. Zodra de camera klaar is, bereid u voor om de trillende kom te starten.

Haal 150 milliliter afwerkingsmiddeloplossing uit de container. Neem de 150 milliliter naar de trillende kom en verdeel de oplossing gelijkmatig om de aanvankelijke bevochtiging van het medium te bieden. Plaats vervolgens de grote container met compound op de vloer nabij de peristaltische pomp.

Bevestig een slang van de pomp aan de container voordat u de pomp activeert. Start op dit punt de trillende kom en wacht minimaal een minuut. Met de stroming in stationaire toestand, activeer de camera om actie in het gezichtsveld voor de gekozen looptijd op te nemen.

Deze opgenomen frames zijn samengesteld tot een video. Wanneer de gegevens zijn verzameld, stopt u het trillingssysteem. Stop vervolgens de peristaltische pomp.

Voor verwerking slaat u de verworven afbeeldingen op als TIFF-bestanden op de computer op en converteert u ze naar grijswaarden. Begin vervolgens met werken in de softwareomgeving van deeltjesbeeldsnelheidsmeting. Ga naar Bestand en daar naar Importeren, vervolgens Afbeeldingen importeren.

Selecteer in het dialoogvenster van de importwizard Eenmalige Frame, gevolgd door Afbeeldingen toevoegen. Selecteer nu de kalibratieafbeelding om deze toe te voegen aan de te importeren afbeeldingen. Klik opnieuw op Afbeeldingen toevoegen en markeer vervolgens alle gegevensafbeeldingen om ze te selecteren voor import.

Klik vervolgens op Volgende. Voer op het volgende scherm de camera-instellingen in, inclusief de framesnelheid en pixelafstand. Wanneer deze zijn ingevoerd, klikt u op Volgende en vervolgens op Voltooien.

Ga nu naar de inhoudslijst. De kalibratieafbeelding moet de eerste zijn. Klik met de rechtermuisknop op de tweede afbeelding, selecteer Ensemble splitsen vanaf hier om twee afbeeldingsets te maken.

Pak de afbeeldingsset met alleen de kalibratieafbeelding en laat deze vallen op de locatie gelabeld als Nieuwe kalibratie. Klik vervolgens met de rechtermuisknop op de kalibratieafbeeldingsset en selecteer Schaalfactor meten. De kalibratieafbeelding verschijnt op het scherm.

Plaats in de afbeelding de A-markering op het uiteinde van de afbeeldingsregel. Plaats vervolgens de B-markering op een andere positie op de regel. Ga naar het tekstvak Absolute afstand en voer de afstand tussen de markers in volgens de regel.

Klik op OK om de instellingen op te slaan en door te gaan. Selecteer nu de geïmporteerde afbeeldingsset zonder de kalibratieafbeelding. Klik op Analyseren.

Selecteer Dubbel Frame maken. Kies vervolgens om beeldparen te maken uit de stijlopties. Om het ondervragingsgebied te definiëren, opent u een willekeurige niet-kalibratieafbeelding.

Klik met de rechtermuisknop op de afbeelding en