Bezpieczne eksperymenty z lewitacją optyczną naładowanych kropel przy użyciu zdalnych laboratoriów

Nasz protokół może być wykorzystany do wizualizacji wielu podstawowych pojęć fizycznych, takich jak ciśnienie fotonów lub sposób, w jaki naładowana cząstka porusza się w polu elektrycznym. Co więcej, wszystkie te zadania można wykonywać zdalnie. Główną zaletą jest to, że możemy wizualizować zjawiska fizyczne gołym okiem jako jedynym detektorem, albo bezpośrednio za pomocą gogli laserowych, albo na ekranie komputera za pomocą kamery internetowej.

System eksperymentalny może na przykład dostarczyć informacji w dziedzinie nauk o atmosferze poprzez badanie korelacji między kropelkami cieczy lub składem chemicznym kropli za pomocą spektroskopii Ramana. Protokół dostępu zdalnego ma zastosowanie do wielu typów eksperymentów. Głównym wyzwaniem eksperymentalnym jest to, że używamy laserów o dużej mocy.

Dlatego należy przestrzegać surowych przepisów bezpieczeństwa dotyczących lasera. Cała idea tego eksperymentu polega na wizualizacji pojęć fizycznych, które zwykle są demonstrowane w eksperymencie z czarną skrzynką lub poprzez teoretyczne zabiegi. Eksperyment zostanie zademonstrowany przez Oscara Isakssona i Andreasa Johanssona.

Oboje dzielą swój czas między nauczanie w lokalnej szkole średniej i prowadzenie badań mających na celu uzyskanie doktoratu. Za każdym razem, gdy w grę wchodzą potężne lasery, bezpieczeństwo musi być najwyższym priorytetem. Lasery te dostarczają dwa waty widzialnego promieniowania laserowego.

Dlatego cały personel musi wziąć udział w kursie bezpieczeństwa lasera. Zacznij od poinformowania wszystkich osób w laboratorium, że laser zostanie włączony. Następnie włącz laserową lampę ostrzegawczą wewnątrz laboratorium.

Następnie ustaw cztery tablice pochłaniające światło i sprawdź, czy przestrzeń między laserem a płytami pochłaniającymi jest wolna od przeszkód. Należy również sprawdzić, czy przestrzeń między komórką pułapki a blokiem belki jest wolna od obiektów. Przed uruchomieniem lasera należy również zdjąć wszelkie zegarki i metalowe pierścienie oraz założyć odpowiednią ochronę oczu.

Teraz włącz komputer laboratoryjny i poczekaj, aż będzie gotowy do działania. Otwórz folder Uruchamianie zdalne z pulpitu i kliknij ikonę Main1806. VI.Uruchom program, naciskając strzałkę w lewym górnym rogu.

W obszarze Zmienne EJS zaznacz pole wyboru o nazwie Laser Remote Enable 2 Power i ustaw Prąd lasera od 2 do 25, aby moc lasera przesuwała się w prawo i kończyła się na 25%Obserwuj wiązkę laserową za pomocą gogli laserowych do wyrównywania, aby upewnić się, że wiązka kończy się w domu wiązki. Jeśli nie, dostosuj położenie kopuły belki. Następnie sprawdź Drops2 w programie VI. Następnie wyreguluj Translation Stage, obracając wkręcające u jego podstawy, aby przesunąć końcówkę dozownika kropel, aż kropelki wpadną w wiązkę lasera.

Wróć do oprogramowania, zwiększ moc lasera do około 66%używając pola wejściowego Laser Current 2, aby uwięzić kroplę. Gdy tylko kropla zostanie uwięziona, odznacz Drops2. Po określeniu wielkości i polaryzacji kropli zgodnie z protokołem tekstowym, określ ładunek kropli, mnożąc jej znaną wielkość przez gęstość.

Następnie ustaw E-Field DC Control 2 na Zero i oszacuj i zanotuj średnią wartość pozycji kropli przez znormalizowany ślad pozycji PSD na wykresie Waveform. Obliczyć wartość mocy lasera podaną jako F-Read 1 w równaniu 2. Teraz ustaw E-Field DC Control 2 między 1 a 5 woltów lub od 1 do 5 woltów, aby kropla poruszała się w górę.

Kropla znajduje się teraz w nowej pozycji. Powoli zmniejszaj moc lasera, aż kropla powróci do swojej pierwotnej pozycji. Zapisz nową moc lasera jako F-Read 2.

Aby uzyskać dostęp do zdalnego laboratorium, otwórz stronę internetową Unilab w przeglądarce internetowej. Po nawiązaniu połączenia wybierz żądany język w pierwszej pozycji menu pod nagłówkiem. Następnie zaloguj się, korzystając z poniższych danych.

W obszarze kursu, obok obszaru logowania, kliknij lewym przyciskiem myszy na logo Uniwersytetu w Göteborgu. Następnie kliknij Lewitacja optyczna, aby uzyskać dostęp do materiału tego eksperymentu. Uzyskaj dostęp do Zdalnego Laboratorium, klikając Zdalne Laboratorium Lewitacji Optycznej.

Następnie upewnij się, że komputer mainframe strony internetowej wygląda tak jak ten i pokazuje interfejs użytkownika laboratorium zdalnego. Następnie kliknij przycisk Połącz. Jeśli połączenie się powiedzie, tekst przycisku zmieni się na Połączono.

Następnie kliknij Tracking Droplets i sprawdź, czy odbierane są dane PSD. Następnie kliknij Widok ogólny, aby zidentyfikować wszystkie elementy konfiguracji: laser, dozownik kropel, komórkę pułapkującą i PSD. Aby wychwycić kroplę, najpierw kliknij przycisk Wychwytywanie kropel, aby wyświetlić wizualizację pipety i dyszy dozownika kropel.

Następnie kliknij przycisk Włącz laser, aby nawiązać połączenie z laserem. W tym miejscu ustaw moc lasera wokół pierwszej ćwiartki paska kontrolnego, który znajduje się pod przyciskiem Włącz laser. Poczekaj, aż pojawi się zielone światło.

Jeśli laser jest prawidłowo ustawiony, widoczna będzie cienka zielona wiązka. W przypadku nieprawidłowego ustawienia należy skontaktować się ze służbami serwisowymi w sposób opisany w protokole. Po wyrównaniu lasera zwiększ jego moc do trzech czwartych paska.

Następnie kliknij przycisk Start drops, aby włączyć dozownik kropel. 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. Następnie naciśnij przycisk Zatrzymaj krople, aby wyłączyć dozownik kropli. Aby określić rozmiar kropli, naciśnij przycisk Określanie rozmiaru kropel i postępuj zgodnie z procedurą opisaną w sekcji 8 dołączonego protokołu tekstowego.

Aby określić opłatę za przechwyconą kroplę, najpierw kliknij widok Śledzenie kropel. Następnie wybierz menu Pole elektryczne i ustaw pole elektryczne prądu stałego na zero za pomocą pola numerycznego napięcia prądu stałego. Korzystając z wykresu, oszacuj i zanotuj średnią wartość położenia kropli, a także zanotuj moc lasera.

Teraz ustaw pole elektryczne prądu stałego na wartość między lub 500 woltów, aby kropla zmieniła swoje położenie. Gdy pozycja się zmieni, zmodyfikuj moc lasera za pomocą suwaka, aż kropla powróci do swojej pierwotnej pozycji i zapisz nową wartość mocy lasera. Na koniec użyj równania 2 z dołączonego protokołu tekstowego, aby obliczyć ładunek kropli.

Pokazana tutaj jest uwięziona lewitująca kropla. Możliwe jest zobaczenie jednej z kropel lewitujących wewnątrz komórki konfiguracji. Zielony kolor jest spowodowany laserem, a widok dwóch kropek, zamiast jednej, wynika z odbicia kropli na szkle komórki.

W tym przypadku górny punkt to odbicie, a dolny punkt to kropla. Najważniejszą rzeczą przy próbie złapania w pułapkę jest cierpliwość. Kropla o rozmiarach mikrometra powinna wylądować w wiązce światła nieco szerszej niż sama kropla.

Aby uzyskać dokładniejszą wartość ładunku, można zastosować pętlę sterowania. Podczas przykładania pola elektrycznego pętla sterująca zmieni moc lasera, aż kropla powróci do swojej pierwotnej pozycji. Dalsze postępy w tym eksperymentalnym układzie polegają na badaniu zderzeń kropel za pomocą szybkich kamer, a także na zbadaniu zachowania kropli w komorze wysokopróżniowej.

W tym eksperymencie używany jest laser klasy 4. Ważne jest, aby podjąć wszelkie środki bezpieczeństwa w celu ochrony personelu w laboratorium i środowiska.