Mechanický modelový systém dvojrozmerného pohybu častíc


  Miestnosť:
     Laboratorium modernych metód riadenia fyzikálnych systémov (V142a)

  Správca modelu:
     Ing. Slávka Jadlovská, PhD.
     Ing. Lukáš Koska

  Výrobca:   Kybernetika s.r.o.

 

Stručná charakteristika modelu

  • výukový laboratórny model na simuláciu skupenských prechodov a difúzie látok na časticovej úrovni
  • vhodný pre štúdium a experimenty súvisiace s kinetickou teóriou stavby látok a s fyzikálnym princípom zmeny skupenstva
  • možnosť nastavenia intenzity prúdenia vzduchu na dúchadle
  • nasnímaný obraz je vyhodnocovaný v jazykovom prostredí Matlab
  • využíva model kamerového systému s čiernobielou kamerou Guppy F-503 alebo farebnou kamerou AVT Marlin F-131c

    Obr.1 Experimentálne pracovisko


Galéria

144 144


Mechanické prevedenie

  • Model Je vyrobený z plexiskla tvaru kvádra s rozmermi 8x40x40cm. Je to uzavretá nádoba, kde vrchná platňa obsahuje malé otvory s priemerom 1mm a vzdialenosti od seba 6mm. Na platňu sa ukladajú neodymové magnety kruhového tvaru s priemerom 6mm, ktoré sú podlepené kruhovou podložkou. Zmenou počtu magnetov a ich tvarom možno simulovať rôzne látky. Vďaka fúkanému vzduchu sa magnetky mierne nadvihnú a začnú na seba navzájom pôsobiť odpudivými magnetickými silami, čo vytvára ich pohyb.
  • Pohyb magnetov umožňuje dúchadlo Stihl BGE 81 s objemovým prietokom vzduchu 570b m3/h o príkone 1400 kW, ktorého intenzita fúkania je ovládaná pomocou 6 polohového triakového regulátora.
  • Kvôli dobrým svetelným podmienkam na spracovanie obrazu v Matlabe je model podsvietený 4 neónovými trubice s výkonom 12W.
  • Celý model je umiestený v rámci modelu kamerového systému, na ktorom je umiestnená čiernobiela kamery Guppy F-503 alebo farebná AVT Marlin F-131c s rýchlosťou 25 obrázkov za sekundu určená na snímanie pohybu častíc. Držiak kamery umožňuje nastaviť snímanú výšku a uhol. K PC je kamerový systém pripojený cez vysoko rýchlostné rozhranie Firewire .
  • Nasnímaný obraz je vyhodnocovaný v programovom prostredí Matlab s využitím Image Acquisition Toolboxu. Z vopred nasnímaných videí (offline analýza) sa získavajú trajektórie častíc a z nich následne sa vyhodnocujú poruchy kryštalického usporiadania mriežky, ktoré sú simulované modelom.

    Obr.2 Mechanické prevedenie modelu


Systémový opis modelu

  • riadiace vstupy

    • napätie motora privádzané na vzduchové dúchadlo - U
    • objemový prietok vzduchu prúdiaci do modelu - Q
  • poruchové vstupy

    • nevyváženie modelu – Z
    • zmena tlaku v nádobe otvorením na to určených otvorov – Q*
  • merané výstupy

    • poloha každej pohybujúcej sa častice v oxi x
    • poloha každej pohybujúcej sa častice v oxi y

      Obr.3 Systémový opis modelu




    Využitie modelu v pedagogickom procese

    • predmety

    • Počítačové videnie (3.ročník Bc. štúdia)
    • bakalárske práce

    • RABATIN, Peter: Simulácia pohybu častíc v dvojrozmernom modelovom systéme v prostredí Matlab
        (vedúci BP: doc. Ing. Anna Jadlovská, PhD, konzultant: Ing.Slávka Jadlovská.) - 2013
    • diplomové práce


    Využitie modelu v rámci výskumnej činnosti

  • Na modeli sa simuluje základný fyzikálny proces fázových prechodov, ktorý v súčasnosti je otvorený problém. Výhodou tohto typu modelu je, že nám umožňuje štúdium a analýzu problematiky fázových prechodov látok v bežnom prostredí, nepotrebujeme žiadne špeciálne laboratórne podmienky ako sú napr. špeciálne komory, mikroskopické veľkosti a pod. Študovaná problematika súvisí s mnohými praktickými aplikáciami hlavne v oblasti výroby a miniaturizácie elektronických komponentov a polovodičových štruktúr (čipy, integrovane obvody a pod.), ďalej v oblasti litografie, magnetických pamäťových médií, biologických membrán a pod.
    • riešené dizertačné práce

    • publikácie

    144 

Profil

Infraštruktúra

Laboratóriá

Členovia

Predmety

Modely



Výskum

CERN

Galéria

Partneri


144