מכשירי מעבדה נפוצה לפיזיקה

הציוד שנמצא במעבדות לפיזיקה משתנה ביחס למוקד המחקר. מכשירים במעבדות לפיזיקה עשויים לנוע בין מאזנים פשוטים לבין לייזרים ומכשירי מוליכים למחצה מיוחדים. ניתוח חישובי, ולכן ציוד חישוב, הפך להיות חיוני גם למחקר הפיזיקה. מכשירי מעבדה לפיזיקה מסייעים בקביעת מדידות, כיול, וריאציות של תכונות פיזיות ודיוק.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

מעבדות מודרניות לפיזיקה מכילות מכשירים המשמשים לקביעת מדידות, כיול, ניתוח וריאציות ודיוק. מוקד המחקר של המעבדה קובע את המנגנון הנדרש. המכשירים נעים בין מאזנים ומד חום פשוטים לבין לייזרים מתקדמים וציוד מוליכים למחצה.

ציוד המעבדה הבסיסי ביותר בפיזיקה כולל מנדפים, שולחנות, שולחנות, ספסלים וקווי גז, מים ואקום. ציוד בטיחות עשוי לכלול כפפות, משקפי מגן ותחנות שטיפת עיניים.

מכשירים רבים מבצעים ניתוח על דגימות במעבדות לפיזיקה. כמה דוגמאות כוללות מנתחי עכבה, מנתחי חלקיקים, מנתחי רב ערוצים אופטיים, מנתחי פרמטרים מוליכים למחצה, מנתחי ספקטרום, מנתחי מתח קיבוליות (CV) ומדי דיפרקטור רנטגן לאפיון חומרים גבישיים וזיהוי שלבים.

מעבדות לפיזיקה אטומית מכילות מכשירים ייחודיים. אלה עשויים לכלול ספקטרוסקופיית ספיגת רוויה, שאיבה אופטית RF ו- NMR פועמת.

מעבדות לפיזיקה מסתמכות רבות על ציוד מחשוב ותוכנה לניתוח נתונים. לצורך מחקר אסטרופיזיקה, קוסמולוגיה ופיזיקה אסטרו-חלקיקים נדרשים מחשוב וסימולציות חזקות. כמה סוגים נפוצים של תוכנה המשמשים במעבדות כוללים:

• MATLAB
  
• פִּיתוֹן
  
• IDL
  
• מתמטיקה
  
• פיג'י
  
• מָקוֹר
  
• LabView

תוכנות לניתוח תמונות וכמות כמותיות מוכיחות את עצמה לא יסולא בפז במעבדות הפיזיקה. בנוסף למחשבים אישיים, מדפסות תלת מימד, Arduinos ו- Raspberry Pis הן מכשירים טכנולוגיים שימושיים.

מספר מכשירים מסייעים בעבודות חשמל במעבדות לפיזיקה. בנוסף למנתח קורות החיים, מכשירים אחרים כוללים שנאים משתנים (וריאציות), מגברים נעולים ומפעילים פיזואלקטריים. מכשירים חשמליים רבים כגון הווריאק דורשים כפפות גומי מיוחדות כדי להגן על המשתמש מפני מתח גבוה מסוכן.

לעיתים מעבדות לפיזיקה דורשות מקורות חום לצורך ניסויים, במיוחד למחקר תרמודינמיקה. פלטה חמה מייצגת את גוף החימום הפשוט ביותר. תנורים חשמליים נפוצים גם הם. בנוסף, ניתן להשתמש בתנורי גז בכדי להגיע לטמפרטורות גבוהות. תנורי ואקום מספקים את היכולת לייבש ריאגנטים. כפפות בטיחות ומלקחיים מבודדים מספקים הגנה הכרחית למכשירים אלה.

לייזרים של HeNe משמשים בניסויים באופטיקה. אלה דורשים משקפי מגן כדי להגן על העיניים. מכשירי לייזר אחרים במעבדות לפיזיקה כוללים לייזרים מצמידים לסיבים, לייזרים דיודה מכוונים, אתונים ומכשירי היגוי קרניים אופטיות.

דגימות גולמיות או מיוצרות במעבדת הפיזיקה ראויות לכלים שונים לעיבוד. לפעמים פיזיקאים משתמשים בטיט ועלי לטחינת דגימות. מכשירי עיבוד אחרים כוללים פולישים, בתי חרושת למיקרוניזציה, סוניטורים, אולטרה-צנטריפוגות, מכשירי בדיקה ננו-מכניים ומכשירים אחרים לבדיקת חומרים. ניתן להשתמש במכבש הידראולי ובמערכת למות נירוסטה בהכנת דגימות גלולה למדידת רכוש.

מעבדות לפיזיקה דורשות מכשירים בכדי להבטיח מדידות מדויקות. אפילו מקלות מטר משחקים תפקיד. כלי מדידה נוספים כוללים מדחומים, מדי חשמל, מאזנים אלקטרוניים, פרופילומטר סטילס, אליפסומטרים ומערכות מדידת מגנטוסטרישן. מאזן אנליטי משמש למדידות שיטת מצב מוצק.

מיקרוסקופים מטפלים בהדמיה במעבדות לפיזיקה. מעבדות ביופיזיקה עשויות להשתמש במיקרוסקופי פלואורסצנטי ובמיקרוסקופי שדה בהירים. ניתן ללמוד חומרים באמצעות מיקרוסקופי אלקטרונים סרוקים, מיקרוסקופ פלואורסצנטי בעל גיליון אור, מיקרוסקופים הולוגרפיים דיגיטליים ועדשות מתכווננות חשמלית.

ציוד הדמיה נפוץ אחר כולל מצלמות דיגיטליות ומצלמות CMOS מהירות במיוחד.

במעבדות ביופיזיקה משתמשים בפינצטה אופטית כדי לתפעל מולקולות בודדות של DNA. אלה מסייעים גם במדידת כוחות ביו-מולקולריים.

מעבדות הלומדות דינמיקת יונים דורשות ציוד מיוחד העשוי לכלול Langmuir ו probes emissive, plasma חומרי ניקוי, ציוד סגירת פלזמה בטמפרטורה נמוכה, רשתות שיגור גל והשתלת יונים ממקור פלזמה (PSII) תאים. תא ה- PSII יכול להאריך את חיי המוצר.

מעבדות מוליכים למחצה משתמשים במערכות והתקנים ייחודיים. אלה כוללים מערכות ספקטרוסקופיות חולפות ברמה עמוקה, קונוסי CLEO לגלאי סיליקון (המספקים קירור עבור אלקטרוניקה לגלאים ותמיכה בגלאי סיליקון), מערכות בדיקת מיקרוגל, פוטודיודות ומגברים אופטיים.

ציוד סרט דק במעבדות לפיזיקה כולל מערכת התזת קרן יונים כפולה, מכשירים פילמטריים וספקטרומטר מסת יונים משני (SIMS). ה- SIMS מנתח כתמי דוגמה להרכב איזוטופי עם דיוק של עד 100 חלקים למיליון.