Bezpieczne eksperymenty z lewitacją optyczną naładowanych kropel przy użyciu zdalnych laboratoriów

Summary

Lewitacja optyczna to metoda lewitacji obiektów dielektrycznych o rozmiarach mikrometra za pomocą światła laserowego. Wykorzystując komputery i systemy automatyki, eksperyment dotyczący lewitacji optycznej może być sterowany zdalnie. Prezentujemy tutaj zdalnie sterowany system lewitacji optycznej, który wykorzystywany jest zarówno w celach edukacyjnych, jak i badawczych.

Abstract

Praca przedstawia eksperyment, który pozwala na badanie wielu podstawowych procesów fizycznych, takich jak ciśnienie fotonów, dyfrakcja światła czy ruch naładowanych cząstek w polach elektrycznych. W tym eksperymencie skupiona wiązka laserowa skierowana do góry lewituje kropelki cieczy. Kropelki unoszą się w powietrzu pod wpływem ciśnienia fotonów skupionej wiązki laserowej, która równoważy siłę grawitacji. Wzór dyfrakcyjny powstający podczas oświetlenia światłem laserowym może pomóc w zmierzeniu wielkości uwięzionej kropli. Ładunek uwięzionej kropli można określić, badając jej ruch po przyłożeniu pionowo skierowanego pola elektrycznego. Istnieje kilka powodów, dla których eksperyment ten powinien być zdalnie sterowany. Inwestycje wymagane do założenia przekraczają kwotę normalnie dostępną w laboratoriach dydaktycznych na studiach licencjackich. Eksperyment wymaga lasera klasy 4, który jest szkodliwy zarówno dla skóry, jak i oczu, a w eksperymencie wykorzystuje się napięcia, które są szkodliwe.

Introduction

Fakt, że światło przenosi pęd, został po raz pierwszy zasugerowany przez Keplera, kiedy wyjaśnił, dlaczego warkocz komety zawsze jest skierowany w stronę przeciwną do Słońca. Użycie lasera do przemieszczania i uwięzienia obiektów makroskopowych zostało po raz pierwszy opisane przez A. Ashkina i J. M. Dziedzica w 1971 roku, kiedy wykazali, że możliwe jest lewitowanie obiektów dielektrycznych o rozmiarach mikrometrów¹. Uwięziony obiekt został wystawiony na działanie skierowanej w górę wiązki laserowej. Część wiązki laserowej została odbita od obiektu, co nałożyło na niego ciśnienie promieniowania, które było wystarczające, aby zrównoważyć grawitację. Większość światła została jednak załamana przez obiekt dielektryczny. Zmiana kierunku padania światła powoduje odrzut obiektu. Efektem netto odrzutu cząstki umieszczonej w profilu wiązki Gaussa jest to, że kropla przesunie się w kierunku obszaru o najwyższym natężeniu światła². W związku z tym stabilna pozycja pułapki jest tworzona w środku wiązki laserowej w pozycji nieco powyżej punktu ogniskowego, w którym ciśnienie promieniowania równoważy grawitację.

Ponieważ metoda lewitacji optycznej pozwala na uwięzienie i kontrolowanie małych obiektów bez kontaktu z jakimikolwiek obiektami, różne zjawiska fizyczne mogą być badane za pomocą lewitującej kropli. Eksperyment ma jednak dwa ograniczenia, które należy powielić i zastosować w szkołach lub na uniwersytetach, ponieważ nie wszystkie instytucje mogą sobie pozwolić na wymagany sprzęt i ponieważ istnieje pewne ryzyko związane z ręczną obsługą lasera.

Zdalne laboratoria (RL) oferują zdalny dostęp online do prawdziwego sprzętu laboratoryjnego do działań eksperymentalnych. RL pojawiły się po raz pierwszy pod koniec lat 90., wraz z pojawieniem się Internetu, a ich znaczenie i zastosowanie rosło z biegiem lat, wraz z postępem technologii i rozwiązaniem niektórych z ich głównych problemów³. Jednak rdzeń RL pozostał taki sam z biegiem czasu: korzystanie z urządzenia elektronicznego z dostępem do Internetu w celu uzyskania dostępu do laboratorium oraz kontrolowania i monitorowania eksperymentu.

Ze względu na ich zdalny charakter, RL mogą być używane do oferowania użytkownikom eksperymentalnych działań bez narażania ich na ryzyko, które może być związane z realizacją takich eksperymentów. Narzędzia te pozwalają uczniom spędzać więcej czasu na pracy ze sprzętem laboratoryjnym, a tym samym rozwijać lepsze umiejętności laboratoryjne. Inne zalety RL to to, że 1) ułatwiają osobom niepełnosprawnym wykonywanie prac eksperymentalnych, 2) rozszerzają katalog eksperymentów oferowanych studentom poprzez udostępnianie RL między uczelniami oraz 3) zwiększają elastyczność w planowaniu pracy laboratoryjnej, ponieważ można ją wykonywać z domu, gdy laboratorium fizyczne jest zamknięte. Wreszcie, RL oferują również szkolenia w zakresie obsługi systemów sterowanych komputerowo, które w dzisiejszych czasach są ważną częścią badań, rozwoju i przemysłu. W związku z tym RL nie tylko oferują rozwiązanie zarówno problemów finansowych, jak i bezpieczeństwa, które przedstawiają tradycyjne laboratoria, ale także zapewniają bardziej interesujące możliwości eksperymentalne.

Dzięki eksperymentalnemu zestawowi użytemu w tej pracy, możliwe jest zmierzenie wielkości i ładunku uwięzionej kropli, zbadanie ruchu naładowanych cząstek w polach elektrycznych i przeanalizowanie, jak źródło radioaktywne może być użyte do zmiany ładunku na kropli⁴.

W przedstawionym eksperymentalnym układzie, potężny laser jest skierowany w górę i skupiony na środku szklanej komórki⁴. Laser jest laserem na ciele stałym (CW) pompowanym diodą o mocy 2 W i długości fali 532 nm, w którym zwykle stosuje się około 1 Watt (W). Ogniskowa obiektywu pułapkowego wynosi 3,0 cm. Kropelki są generowane za pomocą dozownika kropel piezoelektrycznych i opadają przez wiązkę laserową, aż zostaną uwięzione tuż nad ogniskiem lasera. Uwięzienie występuje, gdy siła od ciśnienia promieniowania skierowanego w górę jest równa sile grawitacji skierowanej w dół. Nie przestrzega się górnego limitu czasowego dla odłowu przy użyciu pułapki. Najdłuższy czas, w którym kropla była uwięziona, to 9 godzin, po czym pułapka została wyłączona. Interakcja między kroplą a polem laserowym wytwarza wzór dyfrakcyjny, który służy do określenia wielkości kropel.

Kropelki emitowane z dozownika składają się z 10% glicerolu i 90% wody. Część wodna szybko odparowuje, pozostawiając w pułapce kroplę glicerolu o wielkości od 20 do 30 μm. Maksymalny rozmiar kropli, którą można uwięzić, wynosi około 40 μm. Po około 10 s nie obserwuje się parowania. W tym momencie oczekuje się, że cała woda wyparowała. Długi czas wychwytywania bez zauważalnego parowania wskazuje, że absorpcja jest minimalna i że kropla zasadniczo ma temperaturę pokojową. Napięcie powierzchniowe kropel sprawia, że są one kuliste. Ładunek kropelek generowanych przez dozownik kropel zależy od warunków środowiskowych panujących w laboratorium, w którym najczęściej ulegają one naładowaniu ujemnemu. Górna i dolna część celi pułapki składa się z dwóch elektrod umieszczonych w odległości 25 mm od siebie. Mogą być używane do nakładania pionowego pola prądu stałego (DC) lub prądu przemiennego (AC) na kroplę. Pole elektryczne nie jest wystarczająco silne, aby wytworzyć jakiekolwiek łuki, nawet jeśli na elektrody zostanie przyłożone 1000 woltów (V). Jeśli używane jest pole prądu stałego, kropla porusza się w górę lub w dół w wiązce laserowej do nowej stabilnej pozycji równowagi. Jeśli zamiast tego zostanie zastosowane pole prądu przemiennego, kropla oscyluje wokół swojego położenia równowagi. Wielkość oscylacji zależy od wielkości i ładunku kropli, od natężenia pola elektrycznego oraz od sztywności pułapki laserowej. Obraz kropli jest rzutowany na detektor czuły na położenie (PSD), który umożliwia użytkownikom śledzenie pionowej pozycji kropli.

Ta praca przedstawia udaną inicjatywę modernizacji nauczania i badań za pomocą technologii informacyjnych i komunikacyjnych poprzez innowacyjny RL na optycznej lewitacji naładowanych kropel, który ilustruje nowoczesne koncepcje w fizyce. Rysunek 1 pokazuje architekturę RL. Tabela 1 przedstawia możliwe obrażenia, jakie mogą powodować lasery, w zależności od ich klasy; W tej konfiguracji zastosowano laser klasy IV, który jest najbardziej niebezpieczny. Może pracować z promieniowaniem widzialnym lasera o mocy do 2,0 W, więc bezpieczeństwo zapewniane przez zdalne sterowanie jest wyraźnie odpowiednie dla tego eksperymentu. Lewitacja optyczna naładowanych kropel RL została przedstawiona w pracy D. Galana i wsp. w 2018⁵. W tej pracy pokazano, w jaki sposób może być ona wykorzystywana online przez nauczycieli, którzy chcą zapoznać swoich uczniów z nowoczesnymi koncepcjami fizyki bez konieczności martwienia się o koszty, logistykę czy kwestie bezpieczeństwa. Studenci uzyskują dostęp do RL za pośrednictwem portalu internetowego o nazwie University Network of Interactive Laboratories (UNILabs - https://unilabs.dia.uned.es), w którym mogą znaleźć całą dokumentację dotyczącą teorii związanej z eksperymentem i wykorzystaniem konfiguracji eksperymentalnej za pomocą aplikacji internetowej. Wykorzystując koncepcję zdalnego laboratorium, prace eksperymentalne z zakresu współczesnej fizyki, które wymagają kosztownego i niebezpiecznego sprzętu, mogą być udostępniane nowym grupom studentów. Co więcej, usprawnia formalne uczenie się, zapewniając tradycyjnym studentom więcej czasu laboratoryjnego i eksperymentów, które zwykle są niedostępne poza laboratoriami badawczymi.

Protocol

UWAGA: Laser użyty w tym eksperymencie to laser klasy IV dostarczający do 1 W widzialnego promieniowania laserowego. Wszyscy pracownicy obecni w laboratorium laserowym muszą przejść odpowiednie szkolenie w zakresie bezpieczeństwa lasera.

1. Praktyczny Protokół Eksperymentalny

1. bezpieczeństwo
   1. Upewnij się, że wszyscy w laboratorium są świadomi, że laser zostanie włączony.
   2. Włącz lampkę ostrzegawczą lasera w laboratorium.
   3. Sprawdź, czy nie nosi się zegarka ani metalowych pierścieni i załóż gogle laserowe.
   4. Sprawdź, czy cztery tablice pochłaniające światło, znajdujące się najbliżej eksperymentu, są na swoim miejscu.
   5. Sprawdź przestrzeń między laserem a płytą absorpcyjną pod kątem przeszkód. Należy również sprawdzić, czy przestrzeń między komórką pułapki a blokiem belki jest wolna od obiektów.
2. Przygotuj oprogramowanie i eksperyment.
   1. Włącz komputer laboratoryjny. Poczekaj, aż będzie gotowy do pracy.
   2. Otwórz folder Uruchamianie zdalne z pulpitu i kliknij ikonę Main1806.vi. Uruchom program, naciskając strzałkę w lewym górnym rogu.
      UWAGA: Spowoduje to otwarcie programu sterującego (np. Labview) pokazanego na Rysunek 2 i Rysunek 3 i automatycznie włącza zarówno zasilanie lasera, jak i pole elektryczne. Wszystkie przyciski, do których odniesiono się od teraz w tej sekcji, odnoszą się do tych, które pojawiają się na tych rysunkach.
   3. W sekcji "Zmienne EJS" zaznacz pole wyboru o nazwie "Laser Remote Enable2" moc i ustaw "prąd lasera2" na 25, aby przesunięcie mocy lasera w prawo zakończyło się na 25%. Obserwuj wiązkę laserową za pomocą gogli laserowych do wyrównywania, aby upewnić się, że wiązka kończy się w zrzucie wiązki. Jeśli nie, dostosuj położenie zrzutu belki.
   4. Sprawdź Drops2 i przesuwaj końcówkę dozownika kropel, aż kropelki zaczną wpadać w wiązkę lasera. Zrób to, dostosowując etap tłumaczenia oznaczony literą A w Rysunek 4. W tym celu delikatnie przekręć wkręcające u podstawy etapu tłumaczenia, aż do osiągnięcia żądanej pozycji.
      1. Jeśli nie pojawiają się żadne krople, należy lekko docisnąć strzykawkę, aż kropla pojawi się na końcówce dozownika. Zetrzyj go ostrożnie (delikatna końcówka) za pomocą papieru z acetonem. Kropelki powinny teraz zacząć napływać. W takim przypadku należy zacząć od nowa od punktu 1.2.4.
   5. Zwiększ moc lasera do około 66% za pomocą pola wejściowego Laser Current 2 i uwięzij kroplę. Usuń zaznaczenie opcji Drops2, gdy tylko kropla zostanie uwięziona.
      UWAGA: Rysunek 5 przedstawia kroplę przechwyconą w środowisku eksperymentalnym. Dolna zielona kropka odpowiada rzeczywistej kropelce, natomiast górna to jej odbicie na szkle komórki, w której znajduje się kropla. Od tego momentu będzie to Uwięziona kropla jest teraz obrazowana na PSD.
3. Określ wielkość kropli.
   1. Dostosuj moc lasera, aż pozycja PSD będzie jak najbardziej bliska zeru.
      UWAGA: Ponieważ kropelki mogą zostać uwięzione poniżej lub powyżej poprzednich pozycji pułapki, w zależności od mocy lasera lub rozmiaru/masy. Ten krok jest wykonywany w celu przesunięcia obrazu kropli na środek pliku PSD.
   2. Obserwuj wzór dyfrakcyjny utworzony na ekranie (patrz Rysunek 1). Zrób zdjęcie kamerą internetową, która jest ustawiona tak, aby obserwować ekran od spodu.
      UWAGA: Wzór jest spowodowany światłem laserowym załamującym się przez uwięzioną kroplę.
   3. Użyj rysunku, aby określić odległości od linii oznaczonej na obrazie jako 1 do dwóch dowolnych minimów. Odległość jest dodatnia, jeśli znajduje się dalej od kropli niż linia oznaczona 1, w przeciwnym razie ujemna. Następnie dodaj 40 cm do obu odległości. Najkrótszą z nich nazywamy_{liczbą 1}, a najdłuższą _{liczbą 2}. Użyj równania 1, aby obliczyć rozmiar kropli:
      (1)
      gdzie, x jest pionową odległością od kropli do ekranu (x = 23,5 cm), λ jest długością fali światła laserowego (λ = 532 nm), a Δn jest liczbą prążków (liczba całkowita) między dwoma minimami użytymi w obliczeniach.
      UWAGA: Gdy kropla jest obrazowana w środku pliku PSD, odległość (x) od kropli do ekranu wynosi 23,5 ± 0,1 cm. Bardziej szczegółowe wyjaśnienie tego procesu można znaleźć w pracy J. Swithenbank i wsp. ^{Lokal mieszkalny}
4. Określ biegunowość ładunku kropli.
   1. Wybierz zakładkę biegnącą po prawej stronie zmiennych EJS i ustaw regulator DC E-Field2 na +2 V (patrz Rysunek 3). Bądź ostrożny, ponieważ napięcie na elektrodzie wynosi teraz 200 V.
      UWAGA: Biegunowość ładunku kropli określa się, obserwując, jak kropla reaguje na przyłożone pionowe pole elektryczne. Szkic tego, jak działa pole elektryczne, można zobaczyć w Rysunek 6
5. Określ ładunek kropli
   UWAGA: Aby obliczyć ładunek kropli, należy najpierw zmierzyć wielkość kropli. Masę kropli można następnie określić, ponieważ znana jest gęstość cieczy. Rysunek 7 opisuje procedurę schematycznie.
   1. Ustaw regulator DC pola E2 na zero.
   2. Oszacuj i zanotuj średnią wartość pozycji kropli według śladu pozycji normalizującej PSD w przebiegu wykresu.
   3. Zwróć uwagę na wartość mocy lasera. Ta wartość będzie równa F_Rad1 w równaniu 2.
   4. Ustaw regulator DC pola E2 w zakresie od +1 do +5 V lub od -1 do -5 V tak, aby spadek przesuwał się w górę. Kropla znajduje się teraz w nowej pozycji. Powoli zmniejszaj moc lasera, aż kropla powróci do swojej pierwotnej pozycji, jak opisano w kroku 1.5.2. Zapisz nową moc lasera (F_Rad2).
      Jeśli kropla zostanie utracona, sprawdź Drops2 i zacznij od nowa od kroku 1.2.4.
   5. Aby obliczyć opłatę, należy wykonać poniższą procedurę. Najpierw oblicz siłę pola elektrycznego:
      (2)
   6. Określ ładunek bezwzględny za pomocą wyrażenia
      (3)
      Tutaj d jest odległością między elektrodami, a U jest przyłożonym napięciem.

2. Protokół zdalnego eksperymentowania

1. Uzyskaj dostęp do zdalnego laboratorium.
   1. Otwórz stronę UNILabs w przeglądarce internetowej: https://unilabs.dia.uned.es/
   2. W razie potrzeby wybierz żądany język. Opcja znajduje się w pierwszej pozycji menu pod nagłówkiem.
   3. Zaloguj się, podając następujące dane:
      Nazwa użytkownika: test
      Hasło: test
      UWAGA: Ramka logowania znajduje się pod informacjami o nowościach i wprowadzeniu na stronie internetowej.
   4. W obszarze kursu, obok obszaru logowania, kliknij lewym przyciskiem myszy na logo Uniwersytetu w Göteborgu (GU).
   5. Kliknij na Lewitacja optyczna, aby uzyskać dostęp do materiałów z tego eksperymentu.
   6. Uzyskaj dostęp do zdalnego laboratorium, klikając Zdalne laboratorium lewitacji optycznej. Następnie upewnij się, że główna ramka strony internetowej pokazuje interfejs użytkownika zdalnego laboratorium, jak pokazano w Rysunek 8.
2. Połącz się z laboratorium lewitacji optycznej.
   UWAGA: Wszystkie instrukcje tutaj odnoszą się do Rysunek 8.
   1. Kliknij przycisk Połącz. Jeśli połączenie się powiedzie, tekst przycisku zmieni się na Connected.
      UWAGA: Gdy użytkownik łączy się ze zdalnym laboratorium, emituje ono sygnał dźwiękowy, który ostrzega inne osoby w pobliżu, że ktoś włączy laser i będzie nim zdalnie manipulował.
   2. Kliknij Śledzenie dropletów i sprawdź, czy dane PSD są odbierane.
      UWAGA: Ponieważ w tym momencie nie ma wychwyconych kropel, uzyskana wartość nie ma znaczenia.
   3. Kliknij Widok ogólny, aby zidentyfikować wszystkie elementy konfiguracji: laser, dozownik kropel, komórkę wychwytującą i PSD.
3. Zatrzymaj kroplę.
   UWAGA: Wszystkie instrukcje tutaj odnoszą się do Rysunek 8.
   1. Po nawiązaniu połączenia ze zdalnym laboratorium kliknij przycisk Pułapka kropel, aby wyświetlić wizualizację pipety i dyszy dozownika kropel.
   2. Kliknij przycisk Włącz laser, aby nawiązać połączenie z laserem.
      UWAGA: Laser jest uruchamiany ręcznie i niezależnie od pozostałych instrumentów, ponieważ może uszkodzić środowisko, jeśli nie jest prawidłowo ustawiony.
   3. Ustaw moc lasera wokół pierwszej ćwiartki paska kontrolnego, który znajduje się pod przyciskiem Włącz laser. Poczekaj, aż pojawi się zielone światło.
   4. Sprawdź wyrównanie lasera.
      UWAGA: Jeśli laser jest prawidłowo ustawiony, widoczna będzie cienka zielona wiązka światła. W przeciwnym razie zostanie dostrzeżona rozproszona zielona plama. W przypadku nieprawidłowego wyrównania wyłącz system i skontaktuj się ze służbami konserwacyjnymi laboratorium. Aby skontaktować się ze służbami serwisowymi, kliknij ikonę przedstawiającą dymek, znajdującą się w lewym górnym rogu strony internetowej UNILabs. Następnie kliknij wiadomość użytkownika Admin, zapisz wiadomość na dole opisującą problem i naciśnij Wyślij. Zwykle tak się nie dzieje, ponieważ cała optyka jest stała.
   5. Zwiększ moc lasera do 3/4 paska.
      UWAGA: Moc 60% (550 mW) wystarczy, aby przechwycić i utrzymać kroplę w powietrzu.
   6. Naciśnij przycisk Start drops, aby włączyć dozownik kropel.
   7. Obejrzyj obraz z kamery internetowej i poczekaj, aż pojawi się lampa błyskowa. W tym momencie przechwycona została kropla. Sprawdź ponownie obraz z kamery internetowej i upewnij się, że kropla lewituje w środku komórki pułapki. Naciśnij przycisk Zatrzymaj krople, aby wyłączyć dozownik kropel.
      UWAGA: Opcjonalnie możliwe jest uzyskanie większej kropli poprzez złapanie kilku z nich i poczekanie, aż połączą się z tą już złapaną. Należy pamiętać, że jeśli zostanie złapanych kilka, masa kropli wzrasta tak, że moc lasera może nie wystarczyć do utrzymania jej w pozycji lewitacji.
4. Określ rozmiar kropli.
   UWAGA: Wszystkie instrukcje tutaj odnoszą się do Rysunek 9.
   1. Naciśnij przycisk Rozmiarowe kropelki, aby obserwować wzór dyfrakcyjny utworzony przez uwięzioną kroplę.
   2. Postępuj zgodnie z tą samą procedurą, co w protokole eksperymentów praktycznych (krok 1.3), aby określić wielkość kropli za pomocą wzoru dyfrakcyjnego.
5. Określanie polaryzacji ładunku kropli.
   UWAGA: Wszystkie instrukcje tutaj odnoszą się do Rysunek 10.
   1. Kliknij przycisk Tracking droplets (Śledzenie kropel), aby wyświetlić wykres PSD i widok z kamery internetowej pipety.
   2. Kliknij zakładkę Pole elektryczne w lewym dolnym rogu interfejsu użytkownika.
   3. Ustaw napięcie DC na 100 V. Aby to zrobić, kliknij pole numeryczne po prawej stronie etykiety DC (V) i wprowadź wartość 100.
   4. Sprawdź wykres PSD pokazujący położenie kropli i obserwuj, czy kropla porusza się w górę, czy w dół po przyłożeniu pola elektrycznego.
      UWAGA: Biegunowość płytek jest ułożona w taki sposób, że jeśli zostanie przyłożone dodatnie napięcie, ujemnie naładowana kropla przesunie się w dół, a dodatnio naładowana kropla będzie poruszać się w górę.
   5. Teraz zmień wartość pola elektrycznego i sprawdź, czy kropla porusza się w przeciwnym kierunku; w tym celu wpisz -100 w polu numerycznym DC (V).
6. Określ ładunek kropli.
   UWAGA: Wszystkie instrukcje tutaj odnoszą się do Rysunek 10.
   1. Po uwięzieniu kropli kliknij widok Śledzenie kropel.
   2. Wybierz menu Pole elektryczne.
   3. Ustaw pole elektryczne prądu stałego na zero za pomocą pola numerycznego prądu stałego (V).
   4. Oszacuj i zanotuj średnią wartość pozycji kropli podaną na wykresie i zanotuj moc lasera.
   5. Ustaw pole elektryczne prądu stałego na wartość od +500 V do -500 V, aby kropla zmieniła swoje położenie.
   6. Zmniejsz lub zwiększ moc lasera za pomocą suwaka, aż kropla powróci do swojej pierwotnej pozycji i zapisz nową wartość mocy lasera.
   7. Postępuj zgodnie z procedurą opisaną w kroku 1.5.5, aby obliczyć ładunek kropli.

Results

Gdy wiązka lasera jest dobrze ustawiona, a dolna płyta jest czysta, krople są niemal natychmiast zatrzymywane. Kiedy kropla zostanie uwięziona, może pozostać w pułapce przez kilka godzin, co daje dużo czasu na badania. Promień r kropel mieści się w zakresie 25 ≤ r ≤ 35 μm, a ładunek został zmierzony w zakresie 1,1x10-17 ±1,1x10-18 C i 5,5x10-16 ±5,5x10-17 C. Wielkość kropel pozostaje, zgodnie z naszymi pomiarami, stała w czasie, ale ład...

Discussion

Niniejsza praca przedstawia układ do przeprowadzenia nowoczesnego eksperymentu fizycznego, w którym kropelki unoszą się optycznie w powietrzu. Eksperyment można przeprowadzić zarówno w tradycyjny sposób praktyczny, jak i zdalnie. Dzięki zdalnemu ustanowieniu systemu studenci i badacze z całego świata mogą uzyskać dostęp do zestawu eksperymentalnego. Gwarantuje to również bezpieczeństwo użytkowników, ponieważ nie muszą oni znajdować się w obecności lasera o dużej mocy i pól elektrycznych wymaganych do przeprowadzenia eksp...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
GEM 532	Laser Quantum Green Laser		regulowanej mocy od 50 mW do 2 W
Czujnik położenia efektu bocznego	THOR Lab	PDP90A	PSD do czujnika położenia kropli w pipecie
Zestaw zaawansowanego spektrometru edukacyjnego, metrycznego	THOR Lab	EDU-SPEB1/M	Lusterka i inne elementy do sterowania wiązką laserową
Pipeta	wykonana		Komora, w której uwięziona jest kropla, została specjalnie wykonana dla tej konfiguracji
Zasilacz AC/DC	Keithley Instruments, Inc.	2380-500-30	Zasilacz do generowania pola elektrycznego (0 V - 500 V DC)
Jednostka dystrybucji zasilania	APC	AP7900	Listwa zasilająca PDU do zdalnego podłączenia oprzyrządowania laboratoryjnego