Lichtenberg figürleri: tarihçe, fiziksel etki prensibi
Lichtenberg figürleri, dielektrik malzemelerin yüzeyinden veya içinden yüksek voltajlı elektrik deşarjlarının geçirilmesiyle elde edilen dallı, ağaç benzeri desenler olarak adlandırılır.
Lichtenberg'in ilk figürleri iki boyutludur, tozdan oluşmuş figürlerdir. İlk kez 1777'de bir Alman fizikçi - profesör tarafından gözlemlendi. Georg Christoph Lichtenberg... Laboratuvarındaki elektrik yüklü reçine plakalarının yüzeylerine yerleşen havadaki toz, bu alışılmadık modelleri yarattı.
Profesör bu olguyu fizik öğrencilerine göstermiş, anılarında da bu keşfinden bahsetmiştir. Lichtenberg, bunu bir elektrik sıvısının doğasını ve hareketini incelemek için yeni bir yöntem olarak yazdı.
Benzer bir şey Lichtenberg'in anılarında okunabilir. “Bu desenler, oyma deseninden çok farklı değil. Bazen neredeyse sayısız yıldız, Samanyolu ve büyük güneşler belirir. Dışbükey taraflarında gökkuşakları parlıyordu.
Sonuç, bir pencerede nem donduğunda görülebilenlere benzer parlak dallar oldu. Farklı şekillerde bulutlar ve farklı derinliklerde gölgeler. Ama benim için en büyük izlenim, bu sayıların silinmesinin kolay olmadığıydı çünkü onları her zamanki yöntemlerden biriyle silmeye çalıştım.
Biraz önce sildiğim şekillerin yeniden, daha parlak bir şekilde parlamasını engelleyemedim. Şekillerin üzerine viskoz malzemeyle kaplı siyah bir kağıt koydum ve hafifçe bastırdım. Böylece, altı tanesi Royal Society'ye sunulan figürlerin baskılarını yapabildim.
Bu yeni görüntü alma türü beni son derece mutlu etti çünkü başka şeyler yapmak için acelem vardı ve tüm bu çizimleri çizmeye veya yok etmeye ne zamanım ne de isteğim vardı. «
Sonraki deneylerinde Profesör Lichtenberg, reçine, cam, ebonit gibi çok çeşitli dielektrik malzemelerin yüzeylerini yüklemek için çeşitli yüksek voltajlı elektrostatik cihazlar kullandı.
Daha sonra yüklü yüzeylere bir kükürt ve kurşun tetroksit karışımı serpti. Sürtünme (kaptaki sürtünme ile negatif olarak yüklenen) kükürt, pozitif yüklü yüzeylere daha fazla çekildi.
Aynı şekilde, pozitif bir yüke sahip sürtünme yüklü kurşun tetroksit parçacıkları, yüzeyin negatif yüklü bölgelerine çekildi. Renkli tozlar, yüzeye bağlı yüklerin önceden görünmeyen bölgelerine net bir görünür şekil verdi ve polaritelerini gösterdi.
Böylece profesör, yüzeyin yüklü bölümlerinin küçük kıvılcımlardan oluştuğunu anladı. Statik elektrik... Kıvılcımlar, dielektrik yüzeyinde parlarken, yüzeyinin ayrı alanlarını elektrik yüklü bıraktı.
Dielektrik yüzeyinde göründükten sonra, yükler oldukça uzun bir süre orada kalır, çünkü dielektrik hareketlerini ve dağılmalarını engeller. Ayrıca Lichtenberg, pozitif ve negatif toz değerlerinin modellerinin önemli ölçüde farklı olduğunu buldu.
Pozitif yüklü yüksek voltaj teli tarafından üretilen deşarjlar, uzun dallanma yollarıyla yıldız şeklindeyken, negatif elektrottan gelen deşarjlar daha kısa, yuvarlak, yelpaze şeklinde ve kabuk benzeri idi.
Lichtenberg, tozlu yüzeylere dikkatlice kağıt tabakaları yerleştirerek görüntüleri kağıda aktarabileceğini keşfetti. Böylece, modern xerografi ve lazer baskı süreçleri sonunda oluştu ve Lichtenberg'in toz figürlerinden modern bilime dönüşen fiziği kurdu. plazma fiziği üzerine.
Diğer birçok fizikçi, deneyci ve sanatçı, sonraki iki yüz yıl boyunca Lichtenberg'in figürlerini inceledi. 19. ve 20. yüzyılın önemli araştırmacıları arasında fizikçiler de vardı. Gaston Plante Ve Peter T.Riess.
19. yüzyılın sonunda bir Fransız ressam ve bilim adamı Etienne Leopold Trouvaux yaratıldı «Truvelo Figürleri» - şimdi olarak biliniyor Lichtenberg fotoğraf figürleri - kullanarak Rumkorf bobini yüksek gerilim kaynağı olarak
Diğer araştırmacılar Thomas Burton Kinreid ve Profesörler Carl Edward Magnusson, Maximilian Topler, P.O. Pedersen ve Arthur von Hippel.
Modern araştırmacıların ve sanatçıların çoğu, yayılan zayıf ışığı doğrudan yakalamak için fotoğraf filmi kullandılar. elektrik deşarjları.
Zengin bir İngiliz sanayici ve yüksek gerilim araştırmacısı olan Lord, William G. Armstrong yüksek voltaj ve Lichtenberg rakamları üzerine yaptığı araştırmaların bir kısmını sunan iki mükemmel tam renkli kitap yayınladı.
Bu kitaplar artık oldukça küçük olmasına rağmen, Armstrong'un ilk kitabı olan Electric Motion in Air and Water with Theortical Deductions'ın bir kopyası, yüzyılın başında Geoff Beharry'nin nazik çabalarıyla Elektroterapi Müzesi'nde kullanıma sunuldu.
1920'lerin ortalarında, von Hippel şunu keşfetti: Lichtenberg rakamları aslında korona deşarjları veya flamalar adı verilen küçük elektrik kıvılcımları ile aşağıdaki dielektrik yüzey arasındaki karmaşık etkileşimlerin sonucudur.
Elektriksel deşarjlar, geçici olarak bağlandıkları aşağıdaki dielektrik yüzeye karşılık gelen elektrik yükü "kalıplarını" uygular. Von Hippel ayrıca, uygulanan voltajı artırmanın veya çevredeki gazın basıncını düşürmenin, ayrı ayrı yolların uzunluğunda ve çapında bir artışa yol açtığını da buldu.
Peter Ries, pozitif Lichtenberg figürünün çapının, aynı voltajda elde edilen negatif rakamın çapının yaklaşık 2,8 katı olduğunu buldu.
Voltaj ve polaritenin bir fonksiyonu olarak Lichtenberg figürlerinin boyutu arasındaki ilişkiler, erken dönem yüksek voltaj ölçümlerinde ve klidonograf gibi kayıt cihazlarında, yüksek voltaj darbelerinin hem tepe voltajını hem de polaritesini ölçmek için kullanıldı.
Bazen "Lichtenberg kamerası" olarak adlandırılan klidonograf, anormal elektrik dalgalanmalarının neden olduğu Lichtenberg figürlerinin boyutunu ve şeklini fotoğrafik olarak yakalayabilir. elektrik hatları boyunca dolayı şimşek.
Klidonografik ölçümler, 1930'larda ve 1940'larda yıldırım araştırmacılarının ve güç sistemi tasarımcılarının yıldırımın neden olduğu gerilimleri doğru bir şekilde ölçmesini sağladı ve böylece yıldırımın elektriksel özellikleri hakkında önemli bilgiler sağladı.
Bu bilgi, enerji mühendislerinin yıldırımdan korunmaya yönelik farklı yaklaşımların etkinliğini test edebilmeleri için laboratuvarda benzer özelliklere sahip "yapay yıldırım" oluşturmalarına olanak sağladı. O zamandan beri yıldırımdan korunma, tüm modern iletim ve dağıtım sistemlerinin tasarımının ayrılmaz bir parçası haline geldi.
Şekil, polariteye bağlı olarak farklı genliklere sahip pozitif ve negatif yüksek voltaj geçişlerinin klidonogram örneklerini göstermektedir. Pozitif Lichtenberg rakamlarının çap olarak negatif rakamlardan nasıl daha büyük olduğuna, tepe gerilimlerinin ise aynı büyüklükte olduğuna dikkat edin.
Bu cihazın daha yeni bir versiyonu olan teinograf, bir geçici olayın bir dizi hızlandırılmış "anlık görüntüsünü" yakalamak için gecikme çizgileri ve çoklu klidonograf benzeri sensörlerin bir kombinasyonunu kullanır ve mühendislerin Yüksek voltaj ile genel geçici dalga biçimini yakalamasına olanak tanır.
Sonunda modern elektronik ekipmanın yerini almasına rağmen, inograflar 1960'lara kadar yüksek voltajlı iletim hatlarında şimşek ve anahtarlama geçişlerinin davranışını incelemek için kullanılmaya devam etti.
Artık biliniyor ki Lichtenberg rakamları, gazların, yalıtkan sıvıların ve katı dielektriklerin elektriksel olarak parçalanması sırasında ortaya çıkar. Lichtenberg rakamları, dielektrik malzemeye çok yüksek bir elektrik voltajı uygulandığında nanosaniyeler içinde oluşturulabilir veya bir dizi küçük (düşük enerji) arıza nedeniyle birkaç yıl içinde gelişebilir.
Yüzeydeki veya katı dielektriklerdeki sayısız kısmi deşarj, genellikle yavaş büyüyen, kısmen iletken 2B yüzey Lichtenberg şekilleri veya dahili 3B elektrik ağaçları oluşturur.
2D elektrik ağaçları genellikle kirli elektrik hattı izolatörlerinin yüzeyinde bulunur. 3D ağaçlar, izolatörlerde küçük kirliliklerin veya boşlukların varlığı nedeniyle insan görüşünden gizlenen alanlarda veya yalıtkanın fiziksel olarak hasar gördüğü yerlerde de oluşabilir.
Bu kısmen iletken ağaçlar sonunda yalıtkanın tamamen elektrik arızasına neden olabileceğinden, bu tür "ağaçların" köklerinde oluşumunun ve büyümesinin önlenmesi, tüm yüksek voltajlı ekipmanın uzun vadeli güvenilirliği açısından kritik öneme sahiptir.
Lichtenberg'in şeffaf plastikten üç boyutlu figürleri ilk olarak 1940'ların sonlarında fizikçiler Arno Brasch ve Fritz Lange tarafından yaratıldı. Yeni keşfettikleri elektron hızlandırıcılarını kullanarak, plastik numunelere trilyonlarca serbest elektron enjekte ederek elektriksel bozulmaya ve iç Lichtenberg figürü şeklinde yanmaya neden oldular.
elektronlar - tüm yoğunlaştırılmış maddeyi oluşturan pozitif yüklü atom çekirdeklerinin etrafında dönen küçük negatif yüklü parçacıklar. Brush ve Lange, darbeli bir elektron ışını hızlandırıcısını çalıştırmak için Marx'ın multimilyon dolarlık jeneratöründen gelen yüksek voltajlı darbeleri kullandılar.
Kapasitör cihazları, üç milyon voltluk darbeler üretebilir ve 100.000 ampere kadar inanılmaz tepe akımları ile güçlü bir serbest elektron deşarjı yaratma yeteneğine sahiptir.
Giden yüksek akımlı elektron ışınının yarattığı yüksek derecede iyonize havanın parlayan bölgesi, bir roket motorunun mavimsi-mor alevine benziyordu.
Şeffaf plastik bir blok içindeki Lichtenberg figürleri de dahil olmak üzere eksiksiz siyah beyaz resimler seti yakın zamanda çevrimiçi olarak kullanıma sunuldu.