Método para gravação de banda larga de alta resolução espectros de emissão de laboratório arcos relâmpago

O objetivo geral deste experimento é adquirir o espectro de emissões de um arco relâmpago gerado. Este método pode ajudar a entender os mecanismos de raios subjacentes, sua interação com o ar e sua interação com outros elementos dentro do ambiente circundante. A principal vantagem dessa técnica é que ela não é intrusiva e não interfere com o arco relâmpago.

Ajudando-me a demonstrar o procedimento será Chris Stone, o gerente do Laboratório Lightning. Este experimento usa o gerador de raios no Morgan-Botti Lightning Lab da Universidade de Cardiff. O raio é gerado dentro de uma câmara eletromagnética protegida por impulso.

Dentro da câmara, há uma plataforma de raios. A plataforma tem suportes para eletrodos geradores de arco. A dois metros da plataforma está um tripé que suporta uma pequena fibra óptica.

A fibra é colidida e direcionada para a região de descarga. A fibra óptica conduz a luz para uma segunda câmara em cima da primeira; dentro da câmara há um sistema espectrógrafo controlado por computador. A fibra óptica termina no chassi leve do sistema.

As duas câmaras, o aparelho associado a cada uma delas e a fibra de conexão são retratados neste esquema. O sistema espectrógrafo é baseado em uma configuração Czerny-Turner com uma distância focal de 30 centímetros. A luz da fibra passa através de uma fenda ajustável de 100 micrômetros.

Três espelhos e uma grade rotativa refletem a luz em uma câmera digital operando a menos 70 graus Celsius. A resolução espectral é de 0,6 nanômetros em um subsarmetro de 140 nanômetros. Prepare eletrodos feitos de um material apropriado.

Este experimento usa um par de hemisférios de tungstênio com um diâmetro de 60 milímetros. Preparar os eletrodos requer panos sem fiapos, um banho de água sônica e uma variedade de lixa e notas de pano de polimento. Limpe um eletrodo de cada vez;comece com lixa grosseira e esfregue o eletrodo por cinco minutos.

Quando terminar, coloque o hemisfério em um banho sônico de temperatura ambiente. Depois de 10 minutos, use luvas limpas e remova o hemisfério. Limpe-o com um pano sem fiapos.

Repita o processo de esfregar e limpar com notas mais finas de lixa. O objetivo é remover contaminantes e conseguir um bom polimento para o experimento. Quando ambos os eletrodos estiverem limpos, leve-os para a câmara para montagem.

Neste experimento, quando montados, os eletrodos são separados por 14 milímetros. Na câmara de eletrodos, posicione a fibra óptica para ver o centro da abertura do eletrodo. Através de um computador de controle, inicie o sistema espectrógrafo e mova sua grade para a posição inicial de 450 nanômetros, em seguida, coloque uma fonte de calibração na extremidade aberta da fibra óptica e ligue-a.

No computador de controle, otimize o sinal e regise o espectro. Desligue e remova a fonte de calibração. Encontre os comprimentos de onda para os picos conhecidos da fonte para calibração, neste caso na parte de trás do dispositivo.

Digite esses valores no software de controle espectrógrafo para calibração automática. Continue posicionando a grade para o seu próximo subrange, que deve se sobrepor ao primeiro, em seguida, retornar a fonte de calibração para a frente da fibra óptica para calibrar este intervalo. Repita as etapas de calibração sobre o comprimento de onda desejado.

Para o experimento, feche a porta da câmara de eletrodo e certifique-se de que está leve. Em seguida, vá para a sala de controle do gerador de raios. Certifique-se de que a porta está presa.

Dentro, ligue o gerador de raios, depois vire para os computadores para controlar e monitorar o experimento. Use software no computador de controle para mover a grade espectrografia para sua posição inicial de 450 nanômetros e, em seguida, use a câmera para tirar uma imagem de fundo. Em seguida, selecione a forma de onda, neste caso uma com um pico de 100 quilos-amp.

Depois de garantir que o espectrógrafo será acionado pelo evento relâmpago, comece a carregar o sistema e monitore o nível de carga. Quando o carregamento estiver completo, o sistema está pronto. Coloque proteção auditiva antes de iniciar uma contagem regressiva.

Pressione o botão para acionar o raio. Logo após o arco, a forma de onda de raios aparecerá no software de controle do gerador de raios. Além disso, o espectro aparecerá no software espectrógrafo.

Continue fazendo mais três medições com a grade em 450 nanômetros, em seguida, mova a grade para sua próxima posição, 550 nanômetros. Repita as medidas nesta posição e em cada uma das outras na faixa desejada de comprimentos de onda. Esses dados são de um arco relâmpago gerado por laboratório de 100 quilos.

É o resultado da média dos espectros medidos de cada subsaria e costurar os subsares juntos. Aqui estão os mesmos dados mostrados como um gráfico de intensidade com os picos proeminentes identificados através da comparação com um banco de dados. Linhas de nitrogênio, oxigênio, argônio e hélio aparecem devido à sua presença na atmosfera.

Tungstênio aparece devido ao eletrodo. Embora este método possa fornecer informações sobre arcos de raios gerados, ele também pode ser aplicado a outras descargas elétricas rápidas, como descarga parcial de alta tensão e faíscas. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como gravar espectros de raios a partir de arcos de raios gerados ou de qualquer outra descarga elétrica rápida.