Experimentação segura em levitação óptica de gotículas carregadas usando laboratórios remotos

Nosso protocolo pode ser usado para visualizar muitos conceitos físicos fundamentais, como pressão de fótons ou como uma partícula carregada se move em um campo elétrico. Ainda mais, todas essas tarefas podem ser executadas remotamente. A principal vantagem é que podemos visualizar fenômenos físicos com nosso olho nu como o único detector, seja usando diretamente óculos laser, ou na tela do computador usando uma câmera web.

O sistema experimental pode, por exemplo, fornecer informações sobre ciências atmosféricas investigando correlações entre gotículas líquidas ou a composição química de uma gotícula usando a Espectroscopia de Raman. O protocolo de acesso remoto é aplicável a uma ampla gama de tipos de experimentos. O principal desafio experimental é que usamos lasers de alta potência.

Portanto, é preciso aplicar rigorosas normas de segurança a laser. A ideia deste experimento é visualizar conceitos de física que normalmente são demonstrados em experimentos de caixa preta ou através de tratamentos teóricos. O experimento será demonstrado por Oscar Isaksson e Andreas Johansson.

Ambos estão compartilhando seu tempo entre ensinar em uma escola local e fazer pesquisas visando um PH. D.degree. Sempre que lasers poderosos estiverem envolvidos, a segurança tem que ser a prioridade máxima. Estes lasers fornecem dois Watts de radiação laser visível.

Portanto, todo o pessoal tem que participar do Curso de Segurança a Laser. Comece informando a todos na área do laboratório que um laser será ligado. Em seguida, ligue a lâmpada de aviso a laser dentro do laboratório.

Em seguida, posicione as quatro placas absorventes de luz e verifique se o espaço entre o laser e as placas absorventes está livre de obstáculos. Além disso, verifique se o espaço entre a célula de captura e o bloco de feixe está livre de objetos. Antes de iniciar o laser, também remova quaisquer relógios e anéis de metal, e coloque proteção ocular adequada.

Agora, ligue o computador do laboratório e espere até que esteja pronto para operar. Abra a pasta De partida remota na área de trabalho e clique no ícone Main1806. VI.Execute o programa pressionando a seta no canto superior esquerdo.

Sob variáveis EJS, marque a caixa de seleção chamada Laser Remote Enable 2 Power e defina laser current 2 a 25 para que o slide de alimentação a laser para a direita acabe em 25% Observe o raio laser usando óculos laser de alinhamento para garantir que o feixe acabe no dom do feixe. Se não, ajuste a posição do represa do feixe. Em seguida, verifique Drops2 no programa VI.Em seguida, ajuste o Estágio de Tradução, girando os parafusos de condução em sua base, para mover a ponta do distribuidor de gotículas até que as gotículas estejam caindo no raio laser.

De volta ao software, eleve a potência laser para cerca de 66% usando o campo de entrada Laser Current 2 para prender uma gotícula. Assim que uma gota estiver presa, desmarque Drops2. Depois de determinar o tamanho e a polaridade da gotícula seguindo o protocolo de texto, determine a carga da gotícula multiplicando seu tamanho conhecido com sua densidade.

Em seguida, defina o Controle DE E-Field DC 2 a Zero e e observe um valor médio para a posição da gotícula pelo Traço de Posição Normalizada PSD no gráfico Waveform. Calcule o valor da potência laser dada como F-Read 1 na Equação 2. Agora, defina o Controle DC de Campo E 2 entre 1 e 5 Volts ou 1 e 5 Volts para que a queda se mova para cima.

A gota está agora em uma nova posição. Reduza lentamente a potência do laser até que a gota esteja de volta à sua posição original. Anote a nova potência laser como F-Read 2.

Para acessar o Laboratório Remoto, abra a página da Unilab em um navegador da Web. Uma vez conectado, selecione o idioma desejado no primeiro item do menu sob o cabeçalho. Em seguida, faça login usando os seguintes dados.

Na área do curso, ao lado da área de login, clique à esquerda no logotipo da Universidade de Gotemburgo. Em seguida, clique em Levitação Óptica para acessar o material deste experimento. Acesse o Laboratório Remoto clicando em Laboratório Remoto de Levitação Óptica.

Depois disso, certifique-se de que o mainframe da página web se pareça com isso e mostre a interface de usuário do Laboratório Remoto. Em seguida, clique no botão Conectar. Se a conexão for bem sucedida, o texto do botão mudará para Connected.

Em seguida, clique em Rastrear Gotículas e verifique se os dados do PSD estão sendo recebidos. Em seguida, clique em General View para identificar todos os elementos da configuração: o laser, o dispensador de gotículas, a célula de armadilha e o PSD. Para prender uma gotícula, clique primeiro no botão Trapping gotículas para visualizar a pipeta e o bocal do dispensador de gotículas.

Em seguida, clique no botão Ligar o laser para estabelecer a conexão com o laser. A partir daqui, defina a potência laser ao redor do primeiro quarto da faixa de controle, que está situada sob o botão a laser Ligar. Espere até que a luz verde seja visível.

Se o laser estiver corretamente alinhado, uma fina luz verde será vista. Em caso de alinhamento incorreto, entre em contato com os serviços de manutenção conforme descrito no protocolo. Uma vez que o laser esteja alinhado, aumente sua potência para três quartos da barra.

Em seguida, clique no botão Iniciar gotas para ligar o distribuidor de gotículas. Assista a imagem da webcam e espere até que um flash seja produzido. Nesse momento, uma gota foi capturada.

Verifique novamente a imagem da webcam e verifique se uma gota está levitando no centro da célula de armadilhas. Em seguida, pressione o botão Stop drops para desligar o distribuidor de gotículas. Para determinar o tamanho da gotícula, pressione gotículas de dimensionamento e siga o procedimento na Seção 8 do protocolo de texto que acompanha.

Para determinar a carga da gota capturada, clique primeiro na exibição de gotículas de rastreamento. Em seguida, selecione o menu de campo Elétrico e defina o campo DC Electric como Zero com o campo numérico de Tensão DC. Usando o gráfico, estime e observe um valor médio da posição de gotícula e também observe a potência do laser.

Agora, defina o campo DC Electric para um valor entre 500 Volts para fazer a gotícula mudar sua posição. Uma vez que a posição mude, modifique a potência do laser com o controle deslizante até que a gotícula esteja de volta em sua posição original e anote o novo valor da potência laser. Finalmente, use a Equação 2 do protocolo de texto que acompanha para calcular a carga do gotícula.

Mostrado aqui é uma gota presa levitando. É possível ver uma das gotículas levitando dentro da célula da configuração. A cor verde é devido ao laser e a visão de dois pontos, em vez de um, é devido ao reflexo da gota no vidro da célula.

Neste caso, o ponto superior é o reflexo e o ponto inferior é a gota. O mais importante quando se tenta prender é ter paciência. Uma gotícula do tamanho de um micrômetro deve pousar em um feixe de luz um pouco mais largo do que a própria gotícula.

Para obter um valor mais preciso para a carga, um loop de controle pode ser usado. Ao aplicar um campo elétrico, o laço de controle mudará a potência do laser até que a gotícula esteja de volta à sua posição original. Outros desenvolvimentos desta configuração experimental são para estudar colisões de gotículas com câmeras de alta velocidade, e também para investigar como a gotícula se comporta em uma câmara de alto vácuo.

Um laser classe 4 é usado neste experimento. É importante tomar todas as medidas de segurança para proteger o pessoal do laboratório e do meio ambiente.