Remote plasma experiments on e-lab

João Pedro Simões Loureiro

Key information

Authors:

João Pedro Simões Loureiro (João Pedro Simões Loureiro)

Supervisors:

Hans Oosterbeek (Hans Oosterbeek); Horácio João Matos Fernandes (Horácio João Matos Fernandes)

Published in

10/11/2013

Abstract

In the work that led to this thesis, two plasma experiments have been developed and added to the remote laboratory e-lab. This was done using the e-lab framework which is based on ReC (Remote experienced Control) and programmed in Java. The two apparatus developed were designed to address basic processes regarding plasma physics: "When is a plasma formed?" - the Paschen Curve - and "What are the plasma most basic characteristics?" - the Langmuir Probe. In the Paschen Curve the conditions at which the transition from gas to plasma occurs are studied by investigating the gas breakdown DC voltage between two parallel electrode plates at a certain distance as a function of pressure. The Langmuir Probe is related to the electrical characteristic measurement of a thin tungsten filament placed inside the plasma. From the curve analysis one can extract the electron temperature and density of the plasma. Plasma experiments are difficult to maintain and normally only a few European schools offer access to them and usually only to their own students. By including these apparatus on the e-lab network they become accessible to anyone in the internet and opens the possibly to include them in future massive open online courses (MOOCs). Durante o trabalho que levou à redacção desta tese foram desenvolvidas e adicionadas duas experiências de plasmas ao laboratório remoto e-lab. Para tal utilizou-se a infraestrutura pré-existente do e-lab programada em Java e baseada no ReC (Remote experienced Control). As duas experiências desenvolvidas foram concebidas para retratar dois assuntos básicos da física de plasmas: "Como é um plasma formado?" - Curva de Paschen - e "Quais são as propriedades básicas de um plasma?" - Sonda de Langmuir. Na experiencia da Curva de Paschen estudam-se as condições para as quais ocorre a transição de um gás para um plasma averiguando a relação existente entre a tensão de disrupção, a pressão desse gás e a distância dos dois eléctrodos paralelos. Na experiência da Sonda de Langmuir determina-se a caraterística elétrica dum filamento de tungsténio colocado no plasma. A partir da análise desta curva pode-se retirar informação relativa à temperatura e densidade do plasma. As experiências com plasmas são de difícil manutenção e normalmente apenas um pequeno número de escolas Europeias faculta o acesso a estas experiências com fins didáticos. As poucas que o fazem apenas permitem o acesso de utilização aos seus alunos. Com a adição destas experiências na rede do e-lab elas ficam disponíveis para qualquer pessoa com acesso à internet e abre a possibilidade para que sejam usadas no futuro em cursos online massivos (MOOCs).