דמויות ליכטנברג: היסטוריה, עקרון פיסיקלי של השפעה

דמויות ליכטנברג נקראות תבניות מסועפות דמויות עץ המתקבלות על ידי העברת פריקות חשמליות במתח גבוה על פני השטח או בתוך עיקר החומרים הדיאלקטריים.

הדמויות הראשונות של ליכטנברג הן דו מימדיות, הן דמויות שנוצרו מאבק. בפעם הראשונה הם נצפו בשנת 1777 על ידי פיזיקאי גרמני - פרופסור גאורג כריסטוף ליכטנברג... אבק באוויר שהתמקם על משטחי לוחות שרף טעונים חשמלית במעבדתו יצר את הדפוסים יוצאי הדופן הללו.

הפרופסור הדגים את התופעה הזו לתלמידיו לפיזיקה, הוא גם דיבר על הגילוי הזה בזיכרונותיו. ליכטנברג כתב על כך כשיטה חדשה לחקר טבעו ותנועתו של נוזל חשמלי.

משהו דומה ניתן לקרוא בזיכרונותיו של ליכטנברג. "הדוגמאות הללו אינן שונות מאוד מדוגמת החריטה. לפעמים מופיעים כמעט אינספור כוכבים, שביל החלב והשמשות הגדולות. קשתות זרחו על הצד הקמור שלהן.

התוצאה הייתה זרדים מבריקים הדומים לאלו שניתן לראות כאשר הלחות קופאת על חלון. עננים בצורות שונות וצללים בעומקים שונים. אבל הרושם הגדול ביותר עבורי היה שהמספרים האלה לא היו קלים למחוק כי ניסיתי למחוק אותם בכל אחת מהשיטות הרגילות.

לא יכולתי למנוע מהצורות שזה עתה מחקתי לזרוח שוב, בהירות יותר. שמתי דף נייר שחור מצופה בחומר צמיג על הדמויות ולחצתי עליו קלות. כך יכולתי לעשות הדפסים של דמויות, שש מהן הוצגו לחברה המלכותית.

סוג חדש זה של רכישת תמונה שימח אותי מאוד, כי מיהרתי לעשות דברים אחרים ולא היה לי זמן ולא חשק לצייר או להרוס את כל הציורים האלה. «

בניסויים הבאים שלו, פרופסור ליכטנברג השתמש במכשירים אלקטרוסטטיים שונים במתח גבוה כדי לטעון את המשטחים של מגוון רחב של חומרים דיאלקטריים כגון שרף, זכוכית, אבוניט...

לאחר מכן הוא אבק תערובת של גופרית ועופרת טטרוקסיד על המשטחים הטעונים. הגופרית (שהפכה לטעינה שלילית על ידי חיכוך במיכל) נמשכה יותר למשטחים הטעונים בחיוב.

כמו כן, חלקיקי טטרוקסיד עופרת טעונים בחיכוך בעלי מטען חיובי נמשכו לאזורים בעלי מטען שלילי של פני השטח. האבקות הצבעוניות העניקו לאזורים שלא היו נראים בעבר של מטענים קשורים פני השטח צורה גלויה ברורה והראו את הקוטביות שלהם.

כך התברר לפרופסור שהקטעים הטעונים של פני השטח נוצרו על ידי ניצוצות קטנים. חשמל סטטי... הניצוצות, כשהם הבזיקו על פני השטח של הדיאלקטרי, השאירו אזורים נפרדים של פני השטח שלו טעונים חשמלית.

לאחר הופעתו על פני השטח של הדיאלקטרי, המטענים נשארים שם די הרבה זמן, שכן הדיאלקטרי עצמו מונע את תנועתם ופיזורם. בנוסף, ליכטנברג מצא כי הדפוסים של ערכי אבק חיוביים ושליליים היו שונים באופן משמעותי.

הפרשות שהופקו על ידי חוט המתח הגבוה הטעון חיובי היו בצורת כוכב עם מסלולי הסתעפות ארוכים, בעוד שההפרשות מהאלקטרודה השלילית היו קצרות יותר, מעוגלות, בצורת מניפה ודמויות קליפה.

על ידי הנחת גיליונות נייר בזהירות על המשטחים המאובקים, גילה ליכטנברג שהוא יכול להעביר תמונות על נייר. כך נוצרו בסופו של דבר התהליכים המודרניים של קסרוגרפיה והדפסת לייזר.הוא ייסד את הפיזיקה שהתפתחה מדמויות האבקה של ליכטנברג למדע המודרני. על פיזיקת פלזמה.

פיזיקאים, נסיינים ואמנים רבים אחרים חקרו את דמויותיו של ליכטנברג במהלך מאתיים השנים הבאות. בין החוקרים הבולטים של המאות ה-19 וה-20 היו פיזיקאים גסטון פלאנטה ו פיטר טי ריס.

בסוף המאה ה-19, אמן ומדען צרפתי אטיין לאופולד טרובו נוצר "דמויות טרובלו" - ידוע כעת בשם דמויות צילום ליכטנברג - באמצעות סליל רוקורף כמקור מתח גבוה.

חוקרים נוספים היו תומס ברטון קינריד והפרופסורים קארל אדוארד מגנוסון, מקסימיליאן טופלר, P.O. פדרסן וארתור פון היפל.

רוב החוקרים והאמנים המודרניים השתמשו בסרט צילום כדי ללכוד ישירות את האור הקלוש שנפלט ממנו פריקות חשמליות.

תעשיין אנגלי עשיר וחוקר מתח גבוה, לורד וויליאם ג'י ארמסטרונג פרסם שני ספרים מצוינים בצבע מלא המציגים חלק ממחקריו על מתח גבוה ודמויות ליכטנברג.

למרות שהספרים האלה עכשיו די קטנים, עותק של ספרו הראשון של ארמסטרונג, תנועה חשמלית באוויר ובמים עם ניכויים תיאורטיים, הועמד לרשותו באמצעות מאמציו האדיבים של ג'ף בהארי במוזיאון לאלקטרותרפיה בתחילת המאה.

באמצע שנות ה-20, פון היפל גילה את זה דמויות ליכטנברג הן למעשה תוצאה של אינטראקציות מורכבות בין פריקות קורונה, או ניצוצות חשמליים זעירים הנקראים סטרימרים, לבין המשטח הדיאלקטרי מתחת.

הפריקות החשמליות מחילות "דפוסים" תואמים של מטען חשמלי על המשטח הדיאלקטרי שמתחת, שם הן מתחברות באופן זמני. פון היפל גם גילה שהגדלת המתח המופעל או הפחתת הלחץ של הגז שמסביב הובילה לעלייה באורך ובקוטר של הנתיבים הבודדים.

פיטר ריס מצא שהקוטר של הדמות החיובית ליכטנברג היה בערך פי 2.8 מקוטר הדמות השלילית המתקבלת באותו מתח.

קשרים בין גודלן של דמויות ליכטנברג כפונקציה של מתח וקוטביות שימשו במכשירי מדידה והקלטה של ​​מתח גבוה מוקדמים, כגון הקלינוגרף, כדי למדוד הן את מתח השיא והן את הקוטביות של פולסים במתח גבוה.

הקלידונוגרפיה, המכונה לעתים "מצלמת ליכטנברג", יכולה ללכוד באופן צילומי את הגודל והצורה של דמויות ליכטנברג שנגרמו כתוצאה מנחשולי מתח חשמלי חריגים. לאורך קווי חשמל עקב ברקים.

מדידות קלידונוגרפיות אפשרו לחוקרי ברק ולמתכנני מערכות חשמל בשנות השלושים והארבעים של המאה הקודמת למדוד במדויק מתחים המושרים ברק, ובכך לספק מידע חשוב על המאפיינים החשמליים של הברק.

מידע זה אפשר למהנדסי כוח ליצור "ברק מלאכותי" בעל מאפיינים דומים במעבדה, כך שיוכלו לבדוק את היעילות של גישות שונות להגנה מפני ברקים. מאז, הגנת ברקים הפכה לחלק בלתי נפרד מהתכנון של כל מערכות ההולכה וההפצה המודרניות.

האיור מציג דוגמאות של קלידונוגרמות של מעברי מתח גבוה חיוביים ושליליים עם אמפליטודות שונות בהתאם לקוטביות. שימו לב כיצד הדמויות החיוביות של ליכטנברג גדולות יותר מהדמויות השליליות, בעוד מתחי השיא הם באותו גודל.

גרסה חדשה יותר של התקן זה, ה-theinograph, משתמשת בשילוב של קווי השהייה וחיישנים מרובים דמויי קלינוגרף כדי ללכוד סדרה של "תצלומי מצב" של זמן-lapse של חולף, המאפשר למהנדסים ללכוד את צורת הגל החולפת הכוללת עם מתח גבוה.

למרות שבסופו של דבר הם הוחלפו על ידי ציוד אלקטרוני מודרני, התיינוגרפים המשיכו לשמש עד שנות ה-60 כדי לחקור את התנהגות הברקים ומעברי מיתוג בקווי תמסורת במתח גבוה.

עכשיו זה ידוע דמויות ליכטנברג מתרחשות במהלך פירוק חשמלי של גזים, נוזלים מבודדים ודיאלקטריים מוצקים. דמויות ליכטנברג יכולות להיווצר בננו-שניות כאשר מתח חשמלי גבוה מאוד מופעל על הדיאלקטרי, או שהן יכולות להתפתח במשך מספר שנים עקב סדרה של כשלים קטנים (נמוכים באנרגיה).

אינספור פריקות חלקיות על פני השטח או בתוך דיאלקטריות מוצקות יוצרות לעתים קרובות דמויות משטח דו-ממדיות של ליכטנברג שצומחות לאט, מוליכות חלקית, או עצי חשמל תלת-ממדיים פנימיים.

עצי חשמל דו מימדיים נמצאים לעתים קרובות על פני השטח של מבודדי קווי חשמל מזוהמים. עצים תלת מימדיים יכולים להיווצר גם באזורים מוסתרים מראיית האדם במבודדים עקב נוכחותם של זיהומים קטנים או חללים, או במקומות בהם המבודד ניזוק פיזית.

מאחר שעצים מוליכים חלקית אלו עלולים לגרום בסופו של דבר לכשל חשמלי מוחלט של המבודד, מניעת היווצרות וצמיחתם של "עצים" כאלה בשורשיהם היא קריטית לאמינות ארוכת הטווח של כל ציוד המתח הגבוה.

הדמויות התלת מימדיות של ליכטנברג בפלסטיק שקוף נוצרו לראשונה על ידי הפיזיקאים ארנו בראש ופריץ לנגה בסוף שנות ה-40. באמצעות מאיץ האלקטרונים החדש שהתגלה, הם הזריקו טריליוני אלקטרונים חופשיים לדגימות פלסטיק, וגרמו להתמוטטות חשמלית ולחריכה בצורת הדמות הפנימית של ליכטנברג.

אלקטרונים - חלקיקים קטנים בעלי מטען שלילי שמסתובבים סביב הגרעינים הטעונים חיובית של אטומים המרכיבים את כל החומר המעובה. ברש ולנגה השתמשו בפולסים במתח גבוה מהמחולל של מרקס בהיקף של מיליוני דולרים שנועד להניע מאיץ קרן אלקטרונים פועם.

התקן הקבלים שלהם יכול לייצר פולסים של שלושה מיליון וולט ומסוגל ליצור פריקה עוצמתית של אלקטרונים חופשיים עם זרמי שיא מדהימים של עד 100,000 אמפר.

האזור הזוהר של אוויר מיונן מאוד שנוצר על ידי אלומת האלקטרונים היוצאת בזרם גבוה דומה ללהבה הכחלחלה-סגולה של מנוע רקטי.

הסט השלם של תמונות בשחור-לבן, כולל דמויות ליכטנברג בגוש פלסטיק שקוף, הפך לאחרונה זמין באינטרנט.