Εργαστήριο Κοινής Φυσικής

Ο εξοπλισμός που βρίσκεται στα εργαστήρια φυσικής ποικίλλει σε σχέση με το επίκεντρο της έρευνας. Οι συσκευές στα εργαστήρια φυσικής μπορεί να κυμαίνονται από απλά ζυγοστάθμιση έως λέιζερ και εξειδικευμένα όργανα ημιαγωγών. Η υπολογιστική ανάλυση, και συνεπώς ο υπολογιστικός εξοπλισμός, έχει καταστεί επίσης απαραίτητη για την έρευνα φυσικής. Οι συσκευές εργαστηρίου φυσικής βοηθούν στον προσδιορισμό μετρήσεων, βαθμονόμησης, παραλλαγών φυσικής ιδιότητας και ακρίβειας.

TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)

Τα σύγχρονα εργαστήρια φυσικής περιέχουν συσκευές που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό μετρήσεων, βαθμονόμησης, ανάλυσης παραλλαγών και ακρίβειας. Το επίκεντρο της έρευνας του εργαστηρίου καθορίζει την απαιτούμενη συσκευή. Τα όργανα κυμαίνονται από απλά ζυγοστάθμιση και θερμόμετρα έως προηγμένα λέιζερ και εξοπλισμό ημιαγωγών.

Ο πιο βασικός εξοπλισμός εργαστηρίου φυσικής περιλαμβάνει καπνοδόχους, γραφεία, τραπέζια, πάγκους και αέριο, νερό και γραμμές κενού. Ο εξοπλισμός ασφαλείας μπορεί να περιλαμβάνει γάντια, γυαλιά και σταθμούς πλύσης ματιών.

Πολλά όργανα εκτελούν ανάλυση δειγμάτων σε εργαστήρια φυσικής. Μερικά παραδείγματα περιλαμβάνουν αναλυτές σύνθετης αντίστασης, αναλυτές σωματιδίων, αναλυτές οπτικών πολυκαναλικών, αναλυτές παραμέτρων ημιαγωγών, αναλυτές φάσματος, αναλυτές χωρητικότητας-τάσης (CV) και διαθλασίμετρα ακτίνων-Χ για τον χαρακτηρισμό κρυσταλλικών υλικών και την ταυτοποίηση φάσεις.

Τα εργαστήρια ατομικής φυσικής περιέχουν μοναδικές συσκευές. Αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν φασματοσκοπία απορρόφησης κορεσμού, οπτική άντληση RF και παλμικό NMR.

Τα εργαστήρια φυσικής βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στον υπολογιστικό εξοπλισμό και το λογισμικό για την ανάλυση δεδομένων. Για την αστροφυσική, την κοσμολογία και την έρευνα φυσικής σωματιδίων, απαιτούνται ισχυροί υπολογισμοί και προσομοιώσεις. Μερικοί συνηθισμένοι τύποι λογισμικού που χρησιμοποιούνται στα εργαστήρια περιλαμβάνουν:

• MATLAB
  
• Πύθων
  
• IDL
  
• Μαθηματικά
  
• Φίτζι
  
• Προέλευση
  
• LabView

Το λογισμικό ποσοτικής ανάλυσης εικόνας και δεδομένων αποδεικνύεται ανεκτίμητο στα εργαστήρια φυσικής. Εκτός από προσωπικούς υπολογιστές, εκτυπωτές 3D, Arduinos και Raspberry Pis είναι χρήσιμες τεχνολογικές συσκευές.

Ένας αριθμός βοηθητικών συσκευών σε ηλεκτρικά έργα σε εργαστήρια φυσικής. Εκτός από τον αναλυτή CV, άλλα όργανα περιλαμβάνουν μετασχηματιστές μεταβλητών (variacs), ενισχυτές κλειδώματος και πιεζοηλεκτρικούς ενεργοποιητές. Πολλές ηλεκτρικές συσκευές, όπως το variac, απαιτούν ειδικά ελαστικά γάντια για την προστασία του χρήστη από επικίνδυνη υψηλή τάση.

Περιστασιακά τα εργαστήρια φυσικής απαιτούν πηγές θερμότητας για πειράματα, ιδιαίτερα για τη μελέτη θερμοδυναμικής. Η εστία είναι το απλούστερο στοιχείο θέρμανσης. Οι ηλεκτρικοί φούρνοι είναι επίσης διαδεδομένοι. Επιπλέον, οι κλίβανοι αερίου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίτευξη υψηλών θερμοκρασιών. Οι κλίβανοι κενού παρέχουν τη δυνατότητα στεγνώματος των αντιδραστηρίων. Τα μονωμένα γάντια ασφαλείας και οι λαβίδες παρέχουν την απαραίτητη προστασία για αυτές τις συσκευές.

Τα λέιζερ HeNe χρησιμοποιούνται σε πειράματα οπτικής. Αυτά απαιτούν προστατευτικά γυαλιά για την προστασία των ματιών. Άλλες συσκευές λέιζερ στα εργαστήρια φυσικής περιλαμβάνουν λέιζερ συζευγμένων με ίνες, ρυθμιζόμενα διόδια λέιζερ, etalons και συσκευές διεύθυνσης οπτικής δέσμης.

Τα ακατέργαστα ή κατασκευασμένα δείγματα στο εργαστήριο φυσικής αξίζουν διάφορα εργαλεία επεξεργασίας. Οι φυσικοί χρησιμοποιούν μερικές φορές ένα γουδί και γουδοχέρι για να αλέσουν δείγματα. Άλλα εργαλεία επεξεργασίας περιλαμβάνουν στιλβωτές, μύλους μικροποίησης, υπερήχους, υπερφυγοκεντρητές, νανομηχανικά όργανα δοκιμών και άλλες συσκευές δοκιμής υλικών. Μια υδραυλική πρέσα και σετ από ανοξείδωτο χάλυβα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη λήψη δειγμάτων σφαιριδίων για μετρήσεις ιδιοτήτων.

Τα εργαστήρια φυσικής απαιτούν συσκευές για την εξασφάλιση ακριβών μετρήσεων. Ακόμα και οι μετρητές παίζουν ρόλο. Πρόσθετα εργαλεία μέτρησης περιλαμβάνουν θερμόμετρα, ηλεκτρικούς μετρητές, ηλεκτρονικά ζυγαριά, γραφόμετρα γραφίδας, ελλειψόμετρα και συστήματα μέτρησης μαγνητοσυστολής. Μια αναλυτική ισορροπία χρησιμοποιείται για μετρήσεις μεθόδου στερεάς κατάστασης.

Τα μικροσκόπια χειρίζονται την απεικόνιση στα εργαστήρια φυσικής. Τα εργαστήρια βιοφυσικής μπορούν να χρησιμοποιούν μικροσκόπια φθορισμού και μικροσκόπια φωτεινού πεδίου. Τα υλικά μπορούν να μελετηθούν με ηλεκτρονικά μικροσκόπια σάρωσης, μικροσκόπια φθορισμού φωτός, ψηφιακά ολογραφικά μικροσκόπια και ηλεκτρικά συντονιζόμενους φακούς.

Άλλος κοινώς χρησιμοποιούμενος εξοπλισμός απεικόνισης περιλαμβάνει ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και εξειδικευμένες κάμερες CMOS υψηλής ταχύτητας.

Στα εργαστήρια βιοφυσικής, τα οπτικά τσιμπιδάκια χρησιμοποιούνται για τον χειρισμό μεμονωμένων μορίων DNA. Αυτά βοηθούν επίσης στη μέτρηση των διμοριακών δυνάμεων.

Τα εργαστήρια που μελετούν τη δυναμική των ιόντων απαιτούν εξειδικευμένο εξοπλισμό που μπορεί να περιλαμβάνει Langmuir και εκπεμπόμενους ανιχνευτές, πλάσμα καθαριστικά, εξοπλισμός περιορισμού πλάσματος χαμηλής θερμοκρασίας, πλέγματα εκτόξευσης κυμάτων και εμφύτευση ιόντων πηγής πλάσματος (PSII) θαλάμοι. Ο θάλαμος PSII μπορεί να παρατείνει τη διάρκεια ζωής του προϊόντος.

Τα εργαστήρια ημιαγωγών χρησιμοποιούν μοναδικά συστήματα και συσκευές. Αυτά περιλαμβάνουν συστήματα μεταβατικής φασματοσκοπίας βαθμού επιπέδου, κώνοι CLEO για ανιχνευτές πυριτίου (οι οποίοι παρέχουν ψύξη ηλεκτρονική ανίχνευση και υποστήριξη για ανιχνευτές πυριτίου), συστήματα ανιχνευτή μικροκυμάτων, φωτοδίοδοι και οπτικοί ενισχυτές.

Ο εξοπλισμός λεπτής μεμβράνης στα εργαστήρια φυσικής περιλαμβάνει το σύστημα ψεκασμού δέσμης διπλών ιόντων, συσκευές φιλτρατρικών και δευτερεύον φασματόμετρο μάζας ιόντων (SIMS) Το SIMS αναλύει δείγματα σημείων για ισοτοπική σύνθεση με ακρίβεια έως 100 μέρη ανά εκατομμύριο.