Metoda rejestracji szerokopasmowych widm emisyjnych o wysokiej rozdzielczości laboratoryjnych łuków piorunowych

Ogólnym celem tego eksperymentu jest uzyskanie widma emisyjnego generowanego łuku piorunowego. Ta metoda może pomóc w zrozumieniu podstawowych mechanizmów wyładowań atmosferycznych, ich interakcji z powietrzem i interakcji z innymi elementami w otaczającym środowisku. Główną zaletą tej techniki jest to, że jest nieinwazyjna i nie zakłóca łuku piorunowego.

W zademonstrowaniu procedury pomoże mi Chris Stone, kierownik Lightning Laboratory. W tym eksperymencie wykorzystano generator piorunów w Morgan-Botti Lightning Lab na Uniwersytecie w Cardiff. Piorun generowany jest w komorze ekranowanej impulsami elektromagnetycznymi.

Wewnątrz komory znajduje się zestaw oświetleniowy. Platforma posiada podpory dla elektrod generujących łuk. Dwa metry od platformy znajduje się statyw podtrzymujący mały światłowód.

Włókno jest kolimowane i kierowane w stronę obszaru rozładowania. Światłowód przewodzi światło do drugiej komory na górze pierwszej; Wewnątrz komory znajduje się sterowany komputerowo system spektrografu. Światłowód kończy się na światłoszczelnej obudowie systemu.

Dwie komory, aparatura związana z każdą z nich oraz światłowód łączący są przedstawione na tym schemacie. System spektrografu oparty jest na konfiguracji Czerny-Turnera o ogniskowej 30 centymetrów. Światło z włókna przechodzi przez regulowaną szczelinę o długości 100 mikrometrów.

Trzy lustra i obrotowa krata odbijają światło do kamery cyfrowej pracującej w temperaturze minus 70 stopni Celsjusza. Rozdzielczość spektralna wynosi 0,6 nanometra w podzakresie 140 nanometrów. Przygotuj elektrody wykonane z odpowiedniego materiału.

W eksperymencie wykorzystano parę półkul wolframowych o średnicy 60 milimetrów. Przygotowanie elektrod wymaga niestrzępiących się ściereczek, kąpieli wodnej sonicznej oraz szeregu rodzajów papieru ściernego i ściereczek do polerowania. Czyść jedną elektrodę na raz; Zacznij od grubego papieru ściernego i pocieraj elektrodę przez pięć minut.

Po zakończeniu umieść półkulę w kąpieli sonicznej o temperaturze pokojowej. Po 10 minutach załóż czyste rękawice i usuń półkulę. Wytrzyj go niestrzępiącą się szmatką.

Powtórz proces pocierania i czyszczenia z drobniejszymi gatunkami papieru ściernego. Celem jest usunięcie zanieczyszczeń i uzyskanie dobrego połysku do eksperymentu. Gdy obie elektrody są czyste, zabierz je do komory w celu zamontowania.

W tym eksperymencie, po zamontowaniu, elektrody są oddalone od siebie o 14 milimetrów. W komorze elektrody ustaw światłowód tak, aby view środek szczeliny elektrody. Za pomocą komputera sterującego uruchom system spektrografu i przesuń jego siatkę do pozycji wyjściowej 450 nanometrów, a następnie umieść źródło kalibracji na otwartym końcu światłowodu i włącz je.

Na komputerze sterującym zoptymalizuj sygnał i zarejestruj widma. Wyłącz i odłącz źródło kalibracji. Znajdź długości fal dla znanych szczytów źródła do kalibracji, w tym przypadku z tyłu urządzenia.

Wprowadź te wartości do oprogramowania sterującego spektrografem w celu automatycznej kalibracji. Kontynuuj, ustawiając siatkę dla następnego podzakresu, który powinien zachodzić na pierwszy, a następnie przywróć źródło kalibracji na przód światłowodu, aby skalibrować ten zakres. Powtórz kroki kalibracji w żądanym zakresie długości fali.

Na czas eksperymentu zamknij drzwiczki komory elektrody i upewnij się, że są szczelne. Następnie udaj się do sterowni generatora piorunów. Upewnij się, że drzwi są zabezpieczone.

Wewnątrz włącz generator piorunów, a następnie zwróć się do komputerów, aby kontrolować i monitorować eksperyment. Użyj oprogramowania na komputerze sterującym, aby przesunąć siatkę spektrografu do pozycji początkowej 450 nanometrów, a następnie użyj aparatu, aby wykonać obraz tła. Następnie wybierz przebieg, w tym przypadku z pikiem 100 kiloamperów.

Po upewnieniu się, że spektrograf zostanie wyzwolony przez wyładowanie atmosferyczne, rozpocznij ładowanie systemu i monitoruj poziom naładowania. Po zakończeniu ładowania system jest gotowy. Załóż ochronniki słuchu przed rozpoczęciem odliczania.

Naciśnij przycisk, aby wyzwolić błyskawicę. Wkrótce po łuku przebieg pioruna pojawi się w oprogramowaniu sterującym generatorem piorunów. Ponadto widma pojawią się w oprogramowaniu spektrografu.

Kontynuuj, wykonując trzy kolejne pomiary z siatką o długości 450 nanometrów, a następnie przesuń siatkę do następnej pozycji, 550 nanometrów. Powtórz pomiary w tej pozycji i w każdym z pozostałych w żądanym zakresie długości fal. Dane te pochodzą z laboratoryjnie wygenerowanego łuku piorunowego o natężeniu 100 kiloamperów.

Jest to wynik uśrednienia zmierzonych widm każdego podzakresu i zszycia podzakresów ze sobą. Oto te same dane pokazane jako wykres intensywności z widocznymi szczytami zidentyfikowanymi przez porównanie z bazą danych. Linie azotu, tlenu, argonu i helu pojawiają się ze względu na ich obecność w atmosferze.

Wolfram pojawia się z powodu elektrody. Chociaż ta metoda może zapewnić wgląd w generowane łuki piorunowe, można ją również zastosować do innych szybkich wyładowań elektrycznych, takich jak wyładowania niezupełne wysokiego napięcia i iskrzenie. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak rejestrować widma piorunów z generowanych łuków piorunowych lub z innych szybkich wyładowań elektrycznych.