เครื่องมือห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ทั่วไป

อุปกรณ์ที่พบในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์แตกต่างกันไปตามจุดเน้นของการวิจัย เครื่องมือในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์อาจมีตั้งแต่เครื่องชั่งธรรมดาไปจนถึงเลเซอร์และเครื่องมือเซมิคอนดักเตอร์เฉพาะทาง การวิเคราะห์ด้วยคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์การคำนวณจึงกลายเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการวิจัยฟิสิกส์ เครื่องมือห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ช่วยในการกำหนดการวัด การสอบเทียบ ความแปรผันของคุณสมบัติทางกายภาพ และความแม่นยำ

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์สมัยใหม่ประกอบด้วยเครื่องมือที่ใช้ในการกำหนดการวัด การสอบเทียบ การวิเคราะห์ความแปรผันและความแม่นยำ จุดเน้นของการวิจัยในห้องปฏิบัติการเป็นตัวกำหนดเครื่องมือที่จำเป็น เครื่องมือมีตั้งแต่เครื่องชั่งแบบธรรมดาและเทอร์โมมิเตอร์ ไปจนถึงเลเซอร์และอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ขั้นสูง

อุปกรณ์ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์พื้นฐานที่สุด ได้แก่ ตู้ดูดควัน โต๊ะ โต๊ะ ม้านั่งและท่อแก๊ส น้ำ และท่อสูญญากาศ อุปกรณ์ความปลอดภัยอาจรวมถึงถุงมือ แว่นตา และจุดล้างตา

เครื่องมือมากมายทำการวิเคราะห์ตัวอย่างในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ ตัวอย่างบางส่วน ได้แก่ เครื่องวิเคราะห์อิมพีแดนซ์ เครื่องวิเคราะห์อนุภาค เครื่องวิเคราะห์หลายช่องสัญญาณด้วยแสง เครื่องวิเคราะห์พารามิเตอร์เซมิคอนดักเตอร์ เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม เครื่องวิเคราะห์ความจุ-แรงดัน (CV) และเอ็กซ์เรย์ดิฟแฟรกโตมิเตอร์สำหรับกำหนดลักษณะเฉพาะของวัสดุที่เป็นผลึกและการระบุ ขั้นตอน

ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ปรมาณูมีเครื่องมือเฉพาะ ซึ่งอาจรวมถึงสเปกโตรสโคปีการดูดกลืนความอิ่มตัว RF การสูบน้ำด้วยแสงและ NMR แบบพัลซิ่ง

ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์พึ่งพาอุปกรณ์คอมพิวเตอร์และซอฟต์แวร์อย่างมากในการวิเคราะห์ข้อมูล สำหรับการวิจัยฟิสิกส์ดาราศาสตร์ จักรวาลวิทยา และฟิสิกส์ของดวงดาว ต้องใช้การคำนวณและการจำลองที่มีประสิทธิภาพ ซอฟต์แวร์ทั่วไปบางประเภทที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ ได้แก่:

• MATLAB
  
• Python
  
• IDL
  
• คณิตศาสตร์
  
• ฟิจิ
  
• แหล่งกำเนิด
  
• LabView

ซอฟต์แวร์วิเคราะห์ภาพและข้อมูลเชิงปริมาณพิสูจน์แล้วว่าประเมินค่ามิได้ในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ นอกจากคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลแล้ว เครื่องพิมพ์ 3 มิติ Arduinos และ Raspberry Pi ยังเป็นอุปกรณ์เทคโนโลยีที่มีประโยชน์อีกด้วย

เครื่องมือจำนวนหนึ่งช่วยงานไฟฟ้าในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ นอกจากเครื่องวิเคราะห์ CV แล้ว เครื่องมืออื่นๆ ยังรวมถึงหม้อแปลงแปรผัน (variacs) แอมพลิฟายเออร์แบบล็อคอิน และแอคทูเอเตอร์แบบเพียโซอิเล็กทริก อุปกรณ์ไฟฟ้าหลายชนิด เช่น Variac ต้องใช้ถุงมือยางพิเศษเพื่อป้องกันผู้ใช้จากไฟฟ้าแรงสูงที่เป็นอันตราย

ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์บางครั้งต้องการแหล่งความร้อนสำหรับการทดลอง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการศึกษาอุณหพลศาสตร์ จานร้อนแสดงถึงองค์ประกอบความร้อนที่ง่ายที่สุด เตาไฟฟ้ายังเป็นที่แพร่หลาย นอกจากนี้ อาจใช้เตาเผาแก๊สเพื่อให้มีอุณหภูมิสูงได้ เตาสุญญากาศให้ความสามารถในการทำรีเอเจนต์แบบแห้ง ถุงมือนิรภัยและที่คีบหุ้มฉนวนให้การป้องกันที่จำเป็นสำหรับอุปกรณ์เหล่านี้

เลเซอร์ HeNe ใช้ในการทดลองเกี่ยวกับทัศนศาสตร์ สิ่งเหล่านี้ต้องใช้แว่นตานิรภัยเพื่อปกป้องดวงตา อุปกรณ์เลเซอร์อื่นๆ ในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ ได้แก่ เลเซอร์คู่แบบไฟเบอร์ เลเซอร์ไดโอดแบบปรับค่าได้ อีทาลอน และอุปกรณ์บังคับเลี้ยวลำแสงแบบออปติคัล

ตัวอย่างดิบหรือผลิตในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์บุญเครื่องมือต่าง ๆ สำหรับการแปรรูป นักฟิสิกส์บางครั้งใช้ครกและสากบดตัวอย่าง เครื่องมือในการประมวลผลอื่น ๆ ได้แก่ เครื่องขัดเงา โรงสี micronizing sonicators เครื่องปั่นเหวี่ยงอัลตราโซนิก เครื่องมือทดสอบ nanomechanical และอุปกรณ์ทดสอบวัสดุอื่นๆ อาจใช้เครื่องกดไฮดรอลิกและชุดแม่พิมพ์สเตนเลสสตีลในการทำตัวอย่างเม็ดเพื่อวัดคุณสมบัติ

ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ต้องการเครื่องมือเพื่อให้แน่ใจว่าการวัดที่แม่นยำ แม้แต่แท่งมิเตอร์ก็มีบทบาท เครื่องมือวัดเพิ่มเติม ได้แก่ เทอร์โมมิเตอร์ มิเตอร์ไฟฟ้า เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องวัดโพรฟิโลมิเตอร์สไตลัส เครื่องวัดระยะไข่ และระบบการวัดค่าแมกนีโตสตริกชัน เครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์ใช้สำหรับการวัดวิธีโซลิดสเตต

กล้องจุลทรรศน์จัดการกับภาพในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ ห้องปฏิบัติการชีวฟิสิกส์อาจใช้กล้องจุลทรรศน์เรืองแสงและกล้องจุลทรรศน์สนามสว่าง วัสดุสามารถศึกษาได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด กล้องจุลทรรศน์เรืองแสงแบบแผ่นแสง กล้องจุลทรรศน์โฮโลแกรมแบบดิจิทัล และเลนส์แบบปรับทางไฟฟ้า

อุปกรณ์ถ่ายภาพอื่นๆ ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ กล้องดิจิตอลและกล้อง CMOS ความเร็วสูงพิเศษ

ในห้องปฏิบัติการชีวฟิสิกส์ ใช้แหนบแบบออปติคัลเพื่อจัดการกับโมเลกุลของดีเอ็นเอแต่ละโมเลกุล สิ่งเหล่านี้ยังช่วยในการวัดกำลังสองโมเลกุล

ห้องปฏิบัติการที่ศึกษาพลศาสตร์ของไอออนต้องการอุปกรณ์พิเศษที่อาจรวมถึง Langmuir และโพรบการแผ่รังสี พลาสมา เครื่องทำความสะอาด, อุปกรณ์กักเก็บพลาสมาที่อุณหภูมิต่ำ, กริดปล่อยคลื่นและการฝังไอออนของแหล่งกำเนิดพลาสมา (PSII) ห้อง ห้อง PSII สามารถยืดอายุผลิตภัณฑ์ได้

ห้องปฏิบัติการเซมิคอนดักเตอร์ใช้ระบบและอุปกรณ์ที่เป็นเอกลักษณ์ ซึ่งรวมถึงระบบสเปกโตรสโกปีชั่วคราวระดับลึก กรวย CLEO สำหรับเครื่องตรวจจับซิลิกอน (ซึ่งให้ความเย็นสำหรับ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องตรวจจับและรองรับเครื่องตรวจจับซิลิโคน), ระบบโพรบไมโครเวฟ, โฟโตไดโอดและแอมพลิฟายเออร์ออปติคัล

อุปกรณ์ฟิล์มบางในห้องปฏิบัติการฟิสิกส์ประกอบด้วยระบบสปัตเตอร์ลำแสงไอออนคู่ อุปกรณ์ฟิลเมทริก และสเปกโตรมิเตอร์มวลไอออนทุติยภูมิ (SIMS) SIMS วิเคราะห์จุดตัวอย่างสำหรับองค์ประกอบไอโซโทปที่มีความแม่นยำสูงสุด 100 ส่วนต่อล้าน