광 공중 부양 청구 방울 사용 하 여 원격 실험실의 안전 실험
Summary
광 공중 부양 뜨는 서핑 마이크로미터 크기의 유 전체 개체 레이저 빛을 사용 하는 방법입니다. 컴퓨터 및 자동화 시스템, 광학 공중 부양에 대 한 실험을 활용 하 여 원격으로 제어할 수 있습니다. 여기, 원격 제어 광학 공중 부양 시스템을 모두 사용 하는 현재 우리 교육 및 연구 목적.
Abstract
작업 공정의 많은 근본적인 물리적, 광자 압력, 빛의 회절 또는 전기 분야에서 입자의 모션 연구를 허용 하는 실험을 선물 한다. 이 실험에서 초점된 레이저 빔을 가리키는 위쪽으로 공중에 뜨게 액체 작은 물방울. 작은 물방울은 중력을 균형 초점된 레이저 광선의 광자 압력으로 부상. 레이저 빛으로 조명 하는 때 회절 패턴 갇혀 방울의 크기를 측정을 도울 수 있다. 갇혀 방울의 수직 방향된 전기장을 적용 될 때의 동작을 공부 하 여 확인할 수 있습니다. 원격으로 제어 될 것이 실험을 동기 부여 하는 몇 가지 이유가 있다. 학부 교육 실험실에서 일반적으로 사용할 수 있는 금액을 초과 하는 설치에 필요한 한 투자 실험은 피부와 눈에 유해한 클래스 4 레이저 요구 하 고 해로운 전압을 사용 하는 실험.
Introduction
그 이유는 혜성의 꼬리는 항상 태양 으로부터 포인트를 설명 하는 때 빛 추진력을 운반 하는 사실 처음 케플러에 의해 제안 되었다. 이동 하 고 거시적인 개체 트래핑 레이저를 사용 하 여 A. Ashkin에 의해 처음 알려졌다 고 때 그들은 마이크로미터 공중에 뜨게 하는 것을 증명 하는 1971 년에 J. M. Dziedzic 크기의 유 전체 객체1. 갇혀 개체에 노출 되었다는 상승 지시 레이저 빔. 레이저 광선의 일부는 중력을 균형 잡히게 하기에 충분 했다 그것에 방사선 압력을 부과 하는 개체에 반영 되었다. 그러나, 대부분은 빛의 유 전체 개체를 통해 굴절 했다. 빛의 방향으로 변경 되는 개체의 반동. 가우시안 빔 프로 파일에 배치 하는 입자에 대 한 반동의 그물 효과 드롭릿에 높은 광도2의 지역으로 이동 합니다. 따라서, 안정적인 트래핑 위치 방사선 압력 중력을 균형 약간 초점 위에 위치에 레이저 광선의 센터에서 만들어집니다.
광 공중 부양 메서드를 작은 개체를 갇혀 어떤 물체에 접촉 하지 않고 제어 수 있습니다, 이후 다른 물리적 현상 levitated 물방울을 사용 하 여 공부 수 있습니다. 그러나, 실험 선물 두 가지 제한이 재현 하 여 모든 기관 필요한 장비를 감당할 수 있는 고 있기 때문에 레이저의 손을 작업에 특정 위험 학교 또는 대학에 적용 한다.
원격 실험실 (RLs) 실험 활동에 대 한 실제 실험실 장비에 온라인 원격 액세스를 제공합니다. RLs는 인터넷의 도래와 함께 90 년대의 끝에 처음 등장 하 고 그들의 중요성 및 사용 있다 성장 하 고, 년간 기술을 진행 하 고 그들의 주요 관심사 중 일부는 해결된3되었습니다. 그러나, 하지 불안 증후군의 핵심은 그대로 시간이 지남에: 실험실, 액세스 및 제어 하 고 실험 모니터링 인터넷 연결 전자 장치를 사용 하 여.
그들의 원격 특성상 증후군 같은 실험의 현실화와 관련 된 위험에 그들을 노출 하지 않고 사용자에 게 실험 활동을 제공 하 사용할 수 있습니다. 이러한 도구는 실험실 장비를 사용 하는 더 많은 시간을 보내고 학생 허용 하 고 따라서 더 나은 실험실 기술을 개발. 하지 불안 증후군의 다른 장점으로는 그들이 1) 촉진 실험적인 작업을 수행 하 고 2) 대학 간의 RLs를 공유 함으로써 학생 들에 게 제공 하는 실험의 카탈로그 확장 한 3) 실험실 작업을 일정에 유연성을 증가 하는 장애인된 들에 대 한 때문에 수행할 수 있습니다 홈 때에서 물리 연구소가 닫힙니다. 마지막으로, 하지 불안 증후군 또한 컴퓨터 제어 시스템, 요즘은 연구, 개발 및 산업의 중요 한 부분을 운영에 훈련을 제공 합니다. 따라서, 전통적인 실험실 현재, 하지만 더 흥미로운 실험 기회 제공 하지 불안 증후군만 금융 및 안전 문제에 해결책을 제공할 수 없습니다.
이 작품에 사용 되는 실험 설치, 그것은 하 크기를 측정 하 고 갇혀 방울의 충전, 전기 분야에서 입자의 움직임을 조사 방사성 소스를 사용 하 여 물방울4 에 충전을 변경 하는 방법을 분석합니다 .
제시 하는 실험적인 체제에서 강력한 레이저 위쪽 감독 이며 유리 셀4의 센터에 집중. 레이저는 2 승 532 nm 다이오드 펌프 고체 레이저 (CW), 어디 일반적으로 약 1 와트 (W) 사용 됩니다. 트래핑 렌즈의 초점 거리 이며 3.0 cm. 방울 피 방울 디스펜서와 함께 생성 됩니다 때까지 그들은 바로 레이저의 초점 위에 갇혀 있다 레이저 빔을 통해 하강. 트랩에서 상승 힘 방사선 압력은 아래쪽 감독된 중력 될 때 발생 합니다. 거기는 트래핑에 대 한 관찰 상단 시간 제한이 없습니다. 드롭릿 갇혀 긴 시간 9 시간, 그 후, 함정 해제 됐다. 물방울 레이저 분야의 상호작용 방울의 크기를 결정 하는 데 사용 되는 회절 패턴을 생성 합니다.
10% 글리세롤과 90% 물 디스펜서에서 방출 하는 작은 물방울에 의하여 이루어져 있다. 물에 신속 하 게 증발, 함정에 20 ~ 30 μ m 크기의 글리세롤 물방울을 떠나. 갇혀 있을 수 있는 작은 물방울의 최대 크기는 약 40 µ m입니다. 아니 증발 약 10 후 관찰은 s. 이 시점에서, 모든 물 증발 예정 이다. 어떤 관찰 증발 없이 긴 트랩에 최소한의 흡수는 드롭릿에 본질적으로 실내 온도에 나타냅니다. 방울의 표면 장력은 그들이 구형. 방울 방울 디스펜서에 의해 생성 된의 실험실, 어디 그들은 가장 일반적으로 될 부정 청구에서 환경 조건에 따라 달라 집니다. 위아래 트래핑 셀의 25 m m 떨어져 배치 하는 2 개의 전극으로 이루어져 있다. 그들은 수직 전기 직류 (DC) 또는 교류 전류 (AC) 필드는 작은 물방울에 적용 사용할 수 있습니다. 전기장은 1000 볼트 (V)는 전극에 적용 하는 경우에 모든 호를 만들 만큼 강하지 않다. DC 필드를 사용 하는 경우는 물방울 이동 또는 아래로 레이저 빔에 새로운 안정 된 평형 위치 합니다. AC 필드 대신 적용 하는 경우는 물방울 평형 위치로 주위 진동. 진동의 크기는 크기와 물방울 레이저 트랩의 강성 및 전기 분야의 강도에 충전에 따라 다릅니다. 작은 물방울의 이미지는 사용자가 물방울의 수직 위치를 추적할 수 있는 위치에 민감한 검출기 (PSD)에 예상 된다.
이 작품에는 교육 및 연구는 물리학에 있는 현대 개념 충전된 방울의 광학 공중 부양에 정보 및 통신 기술의 혁신적인 RL 통해를 사용 하 여 현대화의 성공적인 이니셔티브를 선물 한다. 그림 1 은 RL의 아키텍처를 보여 줍니다. 표 1 보여줍니다 레이저; 그들의 클래스에 따라 발생할 수 있는 가능한 상해 이 설정에서 클래스 4 레이저 사용 되었습니다, 가장 위험한 것입니다. 원격 작업에서 제공 하는 안전은 명확 하 게이 실험을 위해 적합 한 그래서 그것은 보이는 레이저 방사선의 최대 2.0 W 작동할 수 있습니다. 충전 된 물방울의 광학 공중 부양 RL 20185D. Galan 외 의 작품에 발표 했다. 이 작품에서는, 그것은 어떻게 사용할 수 있습니다 온라인 비용, 물류 또는 안전 문제에 대해 염려할 필요 없이 물리학의 현대 개념을 학생 들을 소개 하 고 싶은 교사에 의해 증명 됩니다. 인터랙티브 실험실의 대학 네트워크 라는 웹 포털 통해는 RL를 액세스 하는 학생 들 (UNILabs-https://unilabs.dia.uned.es)을 찾을 수 있는 실험과 실험의 사용에 관련 된 이론에 관한 모든 문서에 웹 응용 프로그램에 의해 설정 합니다. 원격 실험실의 개념을 사용 하 여 비용이 많이 드는 고 위험한 장비를 필요로 하는 현대 물리학에 있는 실험적인 작품 만들 수 있습니다 사용할 수 있는 학생의 새로운 그룹을. 또한, 그것은 일반적으로 액세스할 수 없습니다 연구소 밖에 서 실험과 실험실 시간을 더 전통적인 학생을 제공 하 여 공식적인 학습을 향상 시킵니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 작품 방울은 부상 광학 현대 물리 실험 수행에 대 한 설정을 제공 합니다. 실험은 전통적인 실습 방법으로 또는 원격으로 수행할 수 있습니다. 원격 시스템 설립, 학생 및 전세계 연구원 실험 설정에 대 한 액세스를 얻을 수 있습니다. 이후 그들은 고 출력 레이저와 실험에 필요한 전기 분야의 존재에 있이 필요가 없습니다이 또한 사용자의 안전을 보장 합니다. 또한, 사용자가 작용할 수 있습니?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은에 의해 지원 되었습니다 스웨덴 연구 위원회, 칼 Trygger´s 재단 과학 연구와 경제와 경쟁력의 스페인어 사역에 대 한 프로젝트 CICYT DPI2014 55932-c 2-2-. 셔 서 Sannarpsgymnasiet 덕분에 우리는 학생 들과 함께 RL를 보십시오.
Materials
| GEM 532 | Laser Quantum | Green laser with adjustable power between 50 mW and 2 W | |
| Lateral Effect Position Sensor | THOR Lab | PDP90A | PSD to sensor the position of the droplet in the pipette |
| Advanced Educational Spectrometer Kit, Metric | THOR Lab | EDU-SPEB1/M | Mirrors and other elements to control the laser beam |
| Pipette | Self made | The chamber were the droplet is trapped was specially made for this setup | |
| AC/DC Power supply | Keithley Instruments, Inc. | 2380-500-30 | A power supply to generate the electric field (0V – 500V DC) |
| Power Distribution Unit | APC | AP7900 | A PDU to remotelly connect the lab instrumentation |
Referências
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