Name: safe experimentation in optical levitation of charged droplets using remote labs
Uploaded: 2019-01-10T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Safe Experimentation in Optical Levitation of Charged Droplets Using Remote Labs at JoVE.com

Diese Arbeit wurde vom schwedischen Forschungsrat, Carl-Trygger´s-Stiftung für wissenschaftliche Forschung und das spanische Ministerium für Wirtschaft und die Wettbewerbsfähigkeit im Rahmen des Projekts CICYT DPI2014-55932-C2-2-R. unterstützt Dank Sannarpsgymnasiet für die Vermietung versuchen uns die RL mit Studenten.

Hinweis: In diesem Experiment verwendete Laser ist ein Laser der Klasse IV liefert bis zu 1 W sichtbare Laserstrahlung. Alle Mitarbeiter in das Laserlabor vorhanden müssen angemessene Laser Sicherheitstraining durchgeführt haben.
1. praktische experimentelles Protokoll
<ol><li>Sicherheit<ol>
<li>Stellen Sie sicher, dass jeder im Labor bewusst ist, dass ein Laser eingeschaltet wird.</li>
		<li>Schalten Sie den Laser-Warnlampe im Labor.</li>
		<li>Überprüfen Sie, dass keine Uhr oder Metall...

<ol>
	<li>Ashkin, A., Dziedzic, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+levitation+by+radiation+pressure.">Optical levitation by radiation pressure.</a> Applied Physics Letters. 19, 283-285 (1971).</li><li>Roosen, G., Imbert, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+levitation+by+means+of+two+horizontal+laser+beams:+A+theoretical+and+experimental+study.">Optical levitation by means of two horizontal laser beams: A theoretical and experimental study.</a> Physics Letters. 59 (1), 6-8 (1976).</li><li>Heradio, R., de la Torre, L., Galan, D., Cabrerizo, F. J., Herrera-Viedma, E., Dormido, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Virtual+and+remote+labs+in+education:+A+bibliometric+analysis.">Virtual and remote labs in education: A bibliometric analysis.</a> Computers &amp; Education. 98, 14-38 (2016).</li><li>Isaksson, O., Karlsteen, M., Rostedt, M., Hanstorp, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+optical+levitation+system+for+a+physics+teaching+laboratory.">An optical levitation system for a physics teaching laboratory.</a> American Journal of Physics. 8810, 88-100 (2018).</li><li>Galan, D., Isaksson, O., Rostedt, M., Enger, J., Hanstorp, D., de la Torre, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+remote+laboratory+for+optical+levitation+of+charged+droplets.">A remote laboratory for optical levitation of charged droplets.</a> European Journal of Physics. 39 (4), 045301 (2018).</li><li>Swithenbank, J., Beer, J., Taylor, D., Abbot, D., Mccreath, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+laser+diagnostic+technique+for+the+measurement+of+droplet+and+particle+size+distribution.">A laser diagnostic technique for the measurement of droplet and particle size distribution.</a> 14th Aerospace Sciences Meeting, Aerospace Sciences Meetings. , (1976).</li><li>Christian, W., Esquembre, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+physics+with+easy+java+simulations.">Modeling physics with easy java simulations.</a> The Physics Teacher. 45, 475-480 (2007).</li><li>de la Torre, L., Sanchez, J., Heradio, R., Carreras, C., Yuste, M., Sanchez, J., Dormido, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unedlabs+-+an+example+of+ejs+labs+integration+into+moodle.">Unedlabs - an example of ejs labs integration into moodle.</a> World Conference on Physics Education. , (2012).</li><li>Chaos, D., Chacon, J., Lopez-Orozco, J. A., Dormido, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Virtual+and+remote+robotic+laboratory+using+ejs,+matlab+and+labview.">Virtual and remote robotic laboratory using ejs, matlab and labview.</a> Sensors. 13, 2595-2612 (2013).</li><li>Lundgren, P., Jeppson, K., Ingerman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lab+on+the+web-looking+at+different+ways+of+experiencing+electronic+experiments.">Lab on the web-looking at different ways of experiencing electronic experiments.</a> International journal of engineering education. 22, 308-314 (2006).</li><li>Ivanov, M., Chang, K., Galinskiy, I., Mehlig, B., Hanstorp, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+manipulation+for+studies+of+collisional+dynamics+of+micron-sized+droplets+under+gravity.">Optical manipulation for studies of collisional dynamics of micron-sized droplets under gravity.</a> Optics Express. 25, 1391-1404 (2017).</li><li>Galinskiy, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+particle+motion+in+optical+tweezers+embedded+in+a+Sagnac+interferometer.">Measurement of particle motion in optical tweezers embedded in a Sagnac interferometer.</a> Optics express. 23, 27071-27084 (2015).</li><li>Polat, M., Polat, H., Chander, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrostatic+charge+on+spray+droplets+of+aqueous+surfactant+solutions.">Electrostatic charge on spray droplets of aqueous surfactant solutions.</a> Journal of Aerosol Science. 31, 551-562 (2000).</li></ol>

Dieses Werk stellt eine Einrichtung für die Durchführung einer modernen Physik Experiments in der Tröpfchen optisch schwebte sind. Das Experiment kann entweder in einer traditionellen praktische Weise oder aus der Ferne durchgeführt werden. Mit der remote-System erhalten Studenten und Forscher auf der ganzen Welt Zugang zu den Versuchsaufbau. Dies garantiert auch den Benutzern Sicherheit, da sie nicht brauchen, um in Anwesenheit der Hochleistungslaser und elektrische Felder für das Experiment benötigt werden. Darü...

Die Tatsache, dass Licht Schwung trägt wurde zuerst von Kepler vorgeschlagen, wenn er erklärt, warum der Schweif eines Kometen zeigt immer von der Sonne entfernt. Der Einsatz eines Lasers zu bewegen und makroskopische Objekte fangen wurde zuerst von A. Ashkin berichtet und J. M. Dziedzic 1971 wenn sie gezeigt, dass es möglich ist, Mikrometer schweben kleine dielektrische Objekte1. Das eingeschlossene Objekt ausgesetzt war eine nach oben gerichtet Laserstrahl. Teil des Laserstrahls spiegelte sich auf dem Objekt die Strahlungsdruck auf ihm, die ausreichte auferlegt, um Schwerkraft auszugleichen. Die meisten des Lichtes, jedoch durch das Dielektrikum Objekt gebrochen war. Die Änderung der Richtung des Lichts verursacht einen Rückstoss des Objekts.  Der Netto-Effekt der Rückstoß eines Partikels in einer Gaußschen Strahlprofil platziert ist, dass das Tröpfchen in Richtung der Region der höchsten Lichtstärke2bewegen wird. Somit entsteht eine stabile Trapping-Position in der Mitte des Laserstrahls an einer Stelle etwas oberhalb der Dreh-und Angelpunkt wo Strahlungsdruck Schwerkraft ausgleicht.
Da die optischen Levitation-Methode können kleine Objekte gefangen und gesteuert werden, ohne in Kontakt mit Gegenständen, können verschiedene physikalische Phänomene mit ein Levitiertes Tröpfchen untersucht werden. Das Experiment stellt jedoch zwei Einschränkungen um vervielfältigt und an Schulen oder Universitäten angewendet werden, da nicht alle Organe das benötigte Equipment leisten können und da gibt es gewisse Risiken in den Hands-on-Betrieb des Lasers.
Remote-Labors (RLs) bieten Online-remote-Zugriff auf die echte Laborausstattung für experimentelle Aktivitäten. RLs erschien zuerst am Ende der 90er Jahre mit dem Aufkommen des Internets, und ihre Bedeutung und Verwendung gewachsen im Laufe der Jahre als die Technologie fortgeschritten ist und einige ihrer wichtigsten Anliegen gelöst3 wurden. Aber der Kern des RLs ist gleich geblieben, im Laufe der Zeit: die Verwendung eines elektronischen Geräts mit Internetverbindung zugreifen, ein Labor und steuert und überwacht ein Experiment.
RLs ist aufgrund ihrer abgelegenen lässt sich Benutzer experimentelle Aktivitäten anzubieten, ohne sie auf die Risiken, die mit der Realisierung solcher Experimente verbunden sein können. Diese Werkzeuge ermöglichen Studenten verbringen mehr Zeit arbeiten mit Laborgeräten und daher bessere Labor Fähigkeiten zu entwickeln. Weitere Vorteile der RLs sind, dass sie (1) für Menschen mit Behinderung Erleichterung, experimentelle Arbeiten, 2) erweitern Sie den Katalog von Experimenten, die Studenten durch den Austausch von RLs zwischen Universitäten angeboten und (3) erhöhen die Flexibilität bei der Planung der Arbeit im Labor, Da es ausgeführt werden kann ist ein physikalisches Labor von Haus, wenn geschlossen. Zu guter Letzt bieten RLs auch Schulungen in computergesteuerten Systemen, die heute ein wichtiger Bestandteil der Forschung, Entwicklung und Industrie sind in Betrieb. Daher können nicht RLs bieten nur einer Lösung für die Sicherheit und finanzielle Probleme, dass traditionelle Labs zu präsentieren, sondern auch weitere interessante experimentelle Möglichkeiten.
Mit der Versuchsanordnung, die in dieser Arbeit verwendet ist es möglich, Messen Sie die Größe eines eingeschlossenen Tropfens berechnen, untersuchen die Bewegung geladener Teilchen in elektrischen Feldern und analysieren, wie eine radioaktive Quelle verwendet werden kann, um die Ladung auf einem Tröpfchen4 ändern .
In den Versuchsaufbau vorgestellt ist eine leistungsfähige Laser nach oben gerichtet und in die Mitte eines Glas Zelle4konzentriert. Der Laser ist ein 2 W 532 nm Diode-pumpte Festkörperlaser (CW), denen in der Regel etwa 1 Watt (W) verwendet. Die Brennweite des Objektivs Trapping ist 3,0 cm. Tröpfchen entstehen mit einem Piezo-Droplet-Dispenser und Abstieg durch den Laserstrahl, bis sie knapp oberhalb der Fokus des Lasers gefangen sind. Trapping tritt auf, wenn die Kraft aus der nach oben gerichtet, Strahlungsdruck der nach unten gerichtete Gewichtskraft entspricht. Es gibt keine Obergrenze Zeit für Überfüllung beobachtet. Die längste Zeit, die ein Tröpfchen eingeschlossen worden ist 9 Stunden, danach, die Falle war ausgeschaltet. Die Interaktion zwischen den Tropfen und Laser-Bereich produziert ein Beugungsmuster, die verwendet wird, um die Größe der Tröpfchen zu bestimmen.
Die Tröpfchen aus dem Spender emittiert bestehen 10 % Glycerin und 90 % aus Wasser. Der Wasserteil verdunstet schnell, ein 20 bis 30 µm großen Glycerin Tröpfchen in die Falle zu verlassen. Die maximale Größe eines Tropfens, die aufgefangen werden kann beträgt etwa 40 µm. Es gibt keine Verdunstung beobachtet nach ca. 10 s. An dieser Stelle soll alles Wasser verdampft sein. Die lange Trapping-Zeit ohne jede sichtbare Verdunstung angibt, dass gibt es minimale Absorption und der Tropfen im Wesentlichen bei Raumtemperatur ist. Die Oberflächenspannung des Tropfens macht sie kugelförmig. Die Ladung der Tröpfchen erzeugt durch die Tröpfchen-Dispenser richtet sich nach den Umgebungsbedingungen im Labor, wo sie am häufigsten negativ geladen werden. Die oberen und unteren Rand der Trapping-Zelle besteht aus zwei Elektroden, die 25 mm auseinander platziert. Sie können verwendet werden, um eine vertikale elektrische Gleichstrom (DC) oder Wechselstrom (AC) Feld über das Droplet anzuwenden. Das elektrische Feld ist nicht stark genug, um alle Bögen erstellen, selbst wenn 1000 Volt (V) wird über die Elektroden angewendet. Wenn ein DC-Feld verwendet wird, bewegt sich der Tropfen nach oben oder unten in den Laserstrahl in eine neue stabile Gleichgewichtslage. Wenn stattdessen ein AC-Feld angelegt wird, schwingt das Tröpfchen um seine Gleichgewichtslage. Das Ausmaß der Schwingungen hängt von der Größe und Ladung der Tröpfchen, auf die Intensität des elektrischen Feldes und die Steifigkeit der Laser Falle. Ein Bild des Tropfens ist ein Position-Sensitive Detector (PSD), projiziert, die Benutzern erlaubt, die vertikale Position des Tröpfchens verfolgen.
Dieses Werk stellt eine erfolgreiche Initiative der Modernisierung von Lehre und Forschung unter Verwendung von Informations- und Kommunikationstechnologien durch eine innovative RL auf optische schweben von geladenen Tröpfchen die modernen Konzepte der Physik veranschaulicht. Abbildung 1 zeigt die Architektur der RL. Tabelle 1 zeigt die möglichen Verletzungen, die nach ihrer Klasse Laser verursachen können; In diesem Setup ist ein Klasse IV-Laser eingesetzt, welches ist das gefährlichste. Es kann mit bis zu 2,0 W sichtbare Laserstrahlung arbeiten, so dass die Sicherheit durch den remote-Betrieb eindeutig für dieses Experiment eignet. Die optische schweben von geladenen Tröpfchen wurde im Werk von D. Galan Et Al. im Jahr 20185RL vorgestellt. In dieser Arbeit wird gezeigt, wie es online von Lehrern genutzt werden können, die ihre Schüler in moderne Konzepte der Physik einzuführen, ohne die Kosten, die Logistik oder die Fragen der Sicherheit besorgt sein wollen. Studenten Zugang der RL über ein Webportal, das Netzwerk der interaktiven Universitätslabors genannt (UNILabs - https://unilabs.dia.uned.es) in dem sie die Dokumentation über die Theorie, die im Zusammenhang mit dem Experiment und der Einsatz von experimentellen finden Setup mit Hilfe einer Web-Anwendung. Von dem Konzept eines entfernten Labors kann experimentelle Arbeit in der modernen Physik, die teuren und gefährlichen Ausrüstung erfordert neue Gruppen von Studenten erfolgen. Darüber hinaus verbessert es die formalen Lernens durch traditionelle Studenten mit mehr Labor Zeit und Experimente, die normalerweise außen Forschungslabors nicht zugänglich sind.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>GEM 532</td>
			<td>Laser Quantum</td>
			<td></td>
			<td>Green laser with adjustable power between 50 mW and 2 W</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lateral Effect Position Sensor</td>
			<td>THOR Lab</td>
			<td>PDP90A</td>
			<td>PSD to sensor the position of the droplet in the pipette</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Advanced Educational Spectrometer Kit, Metric</td>
			<td>THOR Lab</td>
			<td>EDU-SPEB1/M</td>
			<td>Mirrors and other elements to control the laser beam&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette</td>
			<td>Self made</td>
			<td></td>
			<td>The chamber were the droplet is trapped was specially made for this setup</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AC/DC Power supply</td>
			<td>Keithley Instruments, Inc.</td>
			<td>2380-500-30</td>
			<td>A power supply to generate the electric field (0V - 500V DC)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Distribution Unit</td>
			<td>APC</td>
			<td>AP7900</td>
			<td>A PDU to remotelly connect the lab instrumentation</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

safe experimentation in optical levitation of charged droplets using remote labs

Die Arbeit stellt ein Experiment, das die Studie der grundlegenden physikalischen Prozesse, wie Photon Druck, Beugung von Licht oder die Bewegung von geladenen Teilchen in elektrischen Feldern ermöglicht. In diesem Experiment einer fokussierten Laserstrahl zeigt nach oben schweben Flüssigkeitströpfchen. Die Tröpfchen werden durch den Druck der Photon von der fokussierte Laserstrahl schwebte die die Schwerkraft ausgleicht. Die Beugungsmuster erstellt, wenn mit Laserlicht beleuchtet kann helfen, die Größe eines eingeschlossenen Tropfens zu messen. Die Ladung des eingeschlossenen Tropfenabscheiders kann bestimmt werden, durch das Studium der Bewegung, wenn ein vertikal gerichtetes elektrisches Feld angelegt wird. Es gibt mehrere Gründe für dieses Experiment aus der Ferne gesteuert werden. Der Aufwand für das Setup in grundständige Lehre Labors normalerweise verfügbaren Betrag überschreitet. Das Experiment erfordert einen Laser der Klasse 4, das ist schädlich für Haut und Augen und das Experiment verwendet Spannungen, die schädlich sind.

Wenn der Laserstrahl ist gut ausgerichtet, und die Bodenplatte sauber ist, sind die Tropfen fast sofort gefangen. Wenn ein Tröpfchen eingeschlossen ist kann es für mehrere Stunden, in der Falle bleiben so dass genügend Zeit für Untersuchungen. Den Radius R der Tröpfchen liegt im Bereich von 25 ≤ f ≤ 35 µm und die Ladung zwischen 1.1x10-17 ±1.1 X10-18 C und 5.5x10-16 ±5.5 X10-17 C. gemessen wurde Die Größe der Tropfen bleib...

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Safe Experimentation in Optical Levitation of Charged Droplets Using Remote Labs

Optischen Levitation ist eine Methode für schwebende dielektrische Objekten Mikrometer Größe mit Laserlicht. Nutzung von Computern und Automatisierungssysteme, ein Experiment auf optischen Levitation kann ferngesteuert werden. Hier präsentieren wir Ihnen ein ferngesteuertes optischen Levitation System sowohl für die verwendet pädagogische und wissenschaftliche Zwecke.

Sichere Experimente in optischen Levitation des geladenen Tröpfchen mit Remote Labs

The work presents an experiment that allows the study of many fundamental physical processes, such as photon pressure, diffraction of light or the motion ...

Unser Protokoll kann verwendet werden, um viele grundlegende physikalische Konzepte zu visualisieren, wie z. B. Photonendruck oder wie sich ein geladenes Teilchen in einem elektrischen Feld bewegt. Noch mehr, all diese Aufgaben können aus der Ferne ausgeführt werden. Der Hauptvorteil ist, dass wir physikalische Phänomene mit unserem bloßen Auge als einzigem Detektor visualisieren können, entweder direkt mit Laserbrillen oder auf dem Computerbildschirm mit einer Webkamera.Das experimentelle System kann beispielsweise Einblicke in die atmosphärischen Wissenschaften geben, indem es Korrelationen zwischen flüssigen Tröpfchen oder der chemischen Zusammensetzung eines Tröpfchens mittels Raman-Spektroskopie untersucht. Das RAS-Protokoll ist auf eine Vielzahl von Experimenttypen anwendbar. Die größte experimentelle Herausforderung besteht darin, dass wir Hochleistungslaser einsetzen.Daher müssen strenge Lasersicherheitsvorschriften gelten. Die ganze Idee mit diesem Experiment ist es, Konzepte der Physik zu visualisieren, die normalerweise in Black-Box-Experimenten oder durch theoretische Behandlungen demonstriert werden. Das Experiment wird von Oscar Isaksson und Andreas Johansson gezeigt.Beide teilen ihre Zeit zwischen dem Unterricht an einem örtlichen Gymnasium und der Forschung, die auf eine PH abzielt. D.degree. Immer wenn leistungsstarke Laser beteiligt sind, muss Sicherheit oberste Priorität haben. Diese Laser liefern zwei Watt sichtbare Laserstrahlung.Daher muss das gesamte Personal am Lasersicherheitskurs teilnehmen. Beginnen Sie damit, alle im Laborbereich darüber zu informieren, dass ein Laser eingeschaltet wird. Schalten Sie dann die Laserwarnlampe im Labor ein.Als nächstes positionieren Sie die vier lichtabsorbierenden Bretter und überprüfen Sie, ob der Abstand zwischen dem Laser und den absorbierenden Brettern frei von Hindernissen ist. Überprüfen Sie außerdem, ob der Abstand zwischen der Trapping-Zelle und dem Balkenblock frei von Objekten ist. Vor dem Starten des Lasers, entfernen Sie auch alle Uhren und Metallringe, und setzen Sie auf den richtigen Augenschutz.Schalten Sie nun den Lab-Computer ein und warten Sie, bis er betriebsbereit ist. Öffnen Sie den Remote-Startordner vom Desktop aus, und klicken Sie auf das Symbol Main1806. VI.Führen Sie das Programm aus, indem Sie den Pfeil in der oberen linken Ecke drücken.Markieren Sie unter EJS-Variablen das Kontrollkästchen Laser Remote Enable 2 Power und stellen Sie den Laserstrom 2 bis 25 ein, sodass der Laser-Power-Dia nach rechts bei 25% endet. Beobachten Sie den Laserstrahl mit einer Ausrichtungslaserbrille, um sicherzustellen, dass der Strahl im Strahldom landet. Wenn nicht, passen Sie die Position des Balkendoms an. Als nächstes überprüfen Sie Drops2 im Programm VI.Dann stellen Sie die Übersetzungsstufe ein, indem Sie die Antriebsschrauben an ihrer Basis drehen, um die Spitze des Tröpfchenspenders zu bewegen, bis die Tröpfchen in den Laserstrahl fallen.Zurück in der Software, erhöhen Sie die Laserleistung auf etwa 66%, indem Sie das Eingangsfeld Laserstrom 2 verwenden, um ein Tröpfchen einzufangen. Sobald ein Tröpfchen gefangen ist, deaktivieren Sie Drops2. Nachdem Sie die Größe und Polarität des Tröpfchens bestimmt haben, indem Sie dem Textprotokoll folgen, bestimmen Sie die Ladung des Tröpfchens, indem Sie seine bekannte Größe mit seiner Dichte multiplizieren.Als Nächstes legen Sie die E-Field DC Control 2 auf Null fest und schätzen und notieren einen Durchschnittswert für die Position des Tröpfchens durch die PSD Normalized Position Trace in der Diagramm-Wellenform. Berechnen Sie den Wert der Laserleistung, die in Gleichung 2 als F-Read 1 angegeben ist. Stellen Sie nun die E-Field DC Control 2 zwischen 1 und 5 Volt oder 1 und 5 Volt ein, damit sich der Tropfen nach oben bewegt.Das Tröpfchen befindet sich nun an einer neuen Position. Reduzieren Sie langsam die Laserleistung, bis sich der Tröpfchen wieder in seiner ursprünglichen Position befindet. Notieren Sie die neue Laserleistung als F-Read 2.Um auf das Remote Laboratory zuzugreifen, öffnen Sie die Unilab-Webseite in einem Webbrowser. Nachdem Sie die Verbindung hergestellt haben, wählen Sie die gewünschte Sprache im ersten Element des Menüs unter der Kopfzeile aus. Melden Sie sich dann mit den folgenden Daten an.Im Kursbereich, neben dem Login-Bereich, klicken Sie mit der linken Maustaste auf das Logo der Universität Göteborg. Klicken Sie dann auf Optische Levitation, um auf das Material dieses Experiments zuzugreifen. Greifen Sie auf das Remote Laboratory zu, indem Sie auf Remote Laboratory of Optical Levitation klicken.Stellen Sie danach sicher, dass der Mainframe der Webseite so aussieht und die Benutzeroberfläche des RemoteLabors anzeigt. Klicken Sie dann auf die Schaltfläche Verbinden. Wenn die Verbindung erfolgreich ist, ändert sich der Schaltflächentext in Verbunden.Klicken Sie als Nächstes auf Droplets verfolgen und überprüfen Sie, ob die PSD-Daten empfangen werden. Klicken Sie dann auf Allgemeine Ansicht, um alle Elemente der Einrichtung zu identifizieren: den Laser, den Tröpfchenspender, die Fangzelle und die PSD. Um ein Tröpfchen einzufangen, klicken Sie zuerst auf die Trapping-Tröpfchen-Taste, um die Pipette und die Tröpfchenspenderdüse zu visualisieren.Klicken Sie dann auf den Laserknopf Einschalten, um die Verbindung zum Laser herzustellen. Von hier aus stellen Sie die Laserleistung um das erste Viertel des Steuerstreifens, der sich unter dem Laserknopf Einschalten befindet. Warten Sie, bis das grüne Licht sichtbar ist.Wenn der Laser richtig ausgerichtet ist, wird ein dünnes grünes Strahllicht gesehen. Im Falle einer fehlerhaften Ausrichtung wenden Sie sich bitte an die Wartungsdienste, wie im Protokoll beschrieben. Sobald der Laser ausgerichtet ist, erhöhen Sie seine Leistung auf drei Viertel der Bar.Klicken Sie dann auf die Schaltfläche "Dropdrops starten", um den Tröpfchenspender einzuschalten. Sehen Sie sich das Webcam-Bild an und warten Sie, bis ein Blitz erzeugt wird. In diesem Moment wurde ein Tröpfchen gefangen genommen.Überprüfen Sie das Webcam-Bild erneut, und stellen Sie sicher, dass ein Tröpfchen in der Mitte der Fangzelle schwebt. Drücken Sie dann die Stop Drops-Taste, um den Tröpfchenspender auszuschalten. Um die Größe des Tröpfchens zu bestimmen, drücken Sie die Größe der Tröpfchen und befolgen Sie das Verfahren in Abschnitt 8 des begleitenden Textprotokolls.Um die Gebühr für Ihr erfasstes Tröpfchen zu ermitteln, klicken Sie zuerst auf die Ansicht Nachverfolgungs-Droplets. Wählen Sie dann das Feld "Elektrisch" aus, und legen Sie das Feld DC Electric mit dem numerischen Feld GLEICHspannung auf Null fest. Schätzen und notieren Sie anhand des Diagramms einen Durchschnittswert der Tröpfchenposition und notieren Sie sich auch die Laserleistung.Stellen Sie nun das Feld DC Electric auf einen Wert zwischen oder 500 Volt, damit der Tröpfchen seine Position ändert. Sobald sich die Position ändert, ändern Sie die Laserleistung mit dem Schieberegler, bis sich das Tröpfchen wieder in seiner ursprünglichen Position befindet, und notieren Sie sich den neuen Wert der Laserleistung. Verwenden Sie schließlich Gleichung 2 aus dem begleitenden Textprotokoll, um die Ladung des Tröpfchens zu berechnen.Hier ist ein eingeklemmtes Tröpfchen schwebend. Es ist möglich, eines der Tröpfchen zu sehen, die in der Zelle des Setups schweben. Die grüne Farbe ist durch den Laser und der Anblick von zwei Punkten, anstatt einer, ist aufgrund der Reflexion des Tröpfchens auf dem Glas der Zelle.In diesem Fall ist der obere Punkt die Reflexion und der untere Punkt das Tröpfchen. Das Wichtigste beim Versuch, zu fangen, ist Geduld zu haben. Ein mikrometergroßes Tröpfchen soll in einem Lichtstrahl landen, der nur etwas breiter ist als das Tröpfchen selbst.Um einen genaueren Wert für die Ladung zu erhalten, kann eine Regelschleife verwendet werden. Während der Anwendung eines elektrischen Feldes ändert die Regelschleife die Laserleistung, bis sich der Tröpfchen wieder in seiner ursprünglichen Position befindet. Weitere Entwicklungen aus diesem Versuchsaufbau sind die Untersuchung von Tröpfchenkollisionen mit Hochgeschwindigkeitskameras und auch die Untersuchung des Tröpfchens in einer Hochvakuumkammer.In diesem Experiment wird ein Laser der Klasse 4 verwendet. Es ist wichtig, alle Sicherheitsmaßnahmen zu ergreifen, um das Personal im Labor und in der Umgebung zu schützen.

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