أرقام Lichtenberg: التاريخ ، المبدأ المادي للتأثير
تسمى أشكال Lichtenberg بأنماط متفرعة تشبه الأشجار يتم الحصول عليها عن طريق تمرير تصريفات كهربائية عالية الجهد على السطح أو داخل الجزء الأكبر من المواد العازلة.
أول أشكال Lichtenberg ثنائية الأبعاد ، وهي عبارة عن أشكال مكونة من الغبار. لأول مرة تمت ملاحظتها في عام 1777 من قبل أستاذ فيزيائي ألماني جورج كريستوف ليشتنبرغ... تسبب الغبار المحمول جواً الذي استقر على أسطح ألواح الراتنج المشحونة كهربائياً في مختبره في خلق هذه الأنماط غير العادية.
أوضح الأستاذ هذه الظاهرة لطلابه في الفيزياء ، كما تحدث عن هذا الاكتشاف في مذكراته. كتب Lichtenberg عن هذا كطريقة جديدة لدراسة طبيعة وحركة السائل الكهربائي.
يمكن قراءة شيء مشابه في مذكرات Lichtenberg. "هذه الأنماط لا تختلف كثيرًا عن نمط النقش. تظهر أحيانًا عدد لا يحصى من النجوم ودرب التبانة والشمس العظيمة. أضاءت أقواس قزح على جانبها المحدب.
وكانت النتيجة أغصانًا لامعة تشبه تلك التي يمكن رؤيتها عندما تتجمد الرطوبة على النافذة. غيوم بأشكال وظلال مختلفة من أعماق مختلفة. لكن الانطباع الأكبر بالنسبة لي هو أنه لم يكن من السهل محو هذه الأرقام لأنني حاولت محوها بأي من الطرق المعتادة.
لم أستطع إيقاف الأشكال التي مسحتها للتو من التوهج مرة أخرى ، أكثر إشراقًا. وضعت ورقة سوداء مطلية بمادة لزجة على الأشكال وضغطتها برفق. وهكذا تمكنت من عمل مطبوعات لأشكال ، ستة منها قدمت إلى الجمعية الملكية.
هذا النوع الجديد من اكتساب الصور جعلني سعيدًا للغاية لأنني كنت في عجلة من أمري للقيام بأشياء أخرى ولم يكن لدي الوقت ولا الرغبة في رسم أو تدمير كل هذه الرسومات. «
في تجاربه اللاحقة ، استخدم البروفيسور ليشتنبرغ العديد من الأجهزة الكهروستاتيكية ذات الجهد العالي لشحن أسطح مجموعة متنوعة من المواد العازلة مثل الراتينج والزجاج والإبونيت ...
ثم قام برش خليط من الكبريت ورابع أكسيد الرصاص على الأسطح المشحونة. كان الكبريت (الذي أصبح سالبًا بسبب الاحتكاك في الحاوية) أكثر انجذابًا إلى الأسطح الموجبة الشحنة.
وبالمثل ، فإن جسيمات رباعي أكسيد الرصاص المشحونة احتكاكًا والتي لها شحنة موجبة تنجذب إلى مناطق سالبة الشحنة من السطح. أعطت المساحيق الملونة المناطق غير المرئية سابقًا من الشحنات السطحية شكلاً مرئيًا واضحًا وأظهرت قطبيتها.
وهكذا اتضح للأستاذ أن الأجزاء المشحونة من السطح تكونت بواسطة شرارات صغيرة. كهرباء ساكنة… الشرارات ، أثناء وميضها عبر سطح العازل ، تركت مناطق منفصلة من سطحها مشحونة كهربائيًا.
بعد الظهور على سطح العازل الكهربائي ، تظل الشحنات هناك لفترة طويلة ، لأن العازل الكهربائي نفسه يمنع حركتها وتشتتها. بالإضافة إلى ذلك ، وجد Lichtenberg أن أنماط قيم الغبار الموجبة والسالبة كانت مختلفة بشكل كبير.
كانت التفريغات الناتجة عن السلك عالي الجهد المشحون إيجابياً على شكل نجمة بمسارات متفرعة طويلة ، بينما كانت التفريغ من القطب السالب أقصر ، مستديرًا ، على شكل مروحة ، وشبيهة بالصدفة.
من خلال وضع الأوراق بعناية على الأسطح المغبرة ، اكتشف Lichtenberg أنه يمكنه نقل الصور على الورق. وهكذا ، تشكلت العمليات الحديثة للتصوير الجاف والطباعة بالليزر في نهاية المطاف ، وأسس الفيزياء التي تطورت من أشكال مسحوق ليشتنبرغ إلى العلم الحديث. في فيزياء البلازما.
درس العديد من الفيزيائيين والمُجربين والفنانين شخصيات ليشتنبرغ على مدار المائتي عام التالية. كان من بين الباحثين البارزين في القرنين التاسع عشر والعشرين علماء فيزيائيون جاستون بلانت و بيتر تي ريس.
في نهاية القرن التاسع عشر ، فنان وعالم فرنسي إتيان ليوبولد تروفو مخلوق «شخصيات تروفيلو» - المعروف الآن باسم شخصيات Lichtenberg الفوتوغرافية - استخدام لفائف رومكورف كمصدر للجهد العالي.
الباحثون الآخرون هم توماس بيرتون كينريد والأساتذة كارل إدوارد ماجنوسون ، ماكسيميليان تبلر ، ص. بيدرسن وآرثر فون هيبل.
استخدم معظم الباحثين والفنانين الحديثين أفلام التصوير الفوتوغرافي لالتقاط الضوء الخافت المنبعث من الفيلم مباشرة التفريغ الكهربائي.
عالم صناعي ثري وباحث جهد عالي اللورد وليام جي ارمسترونج نشر كتابين ممتازين بالألوان الكاملة يعرضان بعضًا من أبحاثه حول شخصيات الجهد العالي و Lichtenberg.
على الرغم من أن هذه الكتب صغيرة جدًا الآن ، فقد تم توفير نسخة من كتاب أرمسترونج الأول ، الحركة الكهربائية في الهواء والماء مع الاقتطاعات النظرية ، من خلال الجهود الطيبة التي بذلها جيف بيهاري في متحف العلاج الكهربائي في مطلع القرن.
في منتصف العشرينات من القرن الماضي ، اكتشف فون هيبل ذلك إن أرقام Lichtenberg هي في الواقع نتيجة التفاعلات المعقدة بين تصريفات الهالة ، أو شرارات كهربائية صغيرة تسمى اللافتات ، والسطح العازل أدناه.
تطبق التفريغات الكهربائية "أنماطًا" مقابلة من الشحنات الكهربائية على السطح العازل الكهربائي أدناه ، حيث يتم ربطها مؤقتًا. وجد فون هيبل أيضًا أن زيادة الجهد المطبق أو تقليل ضغط الغاز المحيط أدى إلى زيادة طول وقطر المسارات الفردية.
وجد Peter Ries أن قطر رقم Lichtenberg الموجب كان حوالي 2.8 ضعف قطر الرقم السالب الذي تم الحصول عليه عند نفس الجهد.
تم استخدام العلاقات بين حجم أرقام Lichtenberg كدالة للجهد والقطبية في أدوات قياس وتسجيل الجهد العالي المبكرة ، مثل clidonograph ، لقياس كل من ذروة الجهد وقطبية نبضات الجهد العالي.
يمكن أن تلتقط أداة clidonograph ، التي تسمى أحيانًا "كاميرا Lichtenberg" ، حجم وشكل أشكال Lichtenberg الناتجة عن الاندفاعات الكهربائية الشاذة. على طول خطوط الكهرباء بسبب صواعق البرق.
مكنت قياسات Clidonographic الباحثين في مجال البرق ومصممي أنظمة الطاقة في ثلاثينيات وأربعينيات القرن العشرين من قياس الفولتية التي يسببها البرق بدقة ، وبالتالي توفير معلومات مهمة حول خصائص البرق الكهربائية.
سمحت هذه المعلومات لمهندسي الطاقة بإنشاء "برق اصطناعي" بخصائص مماثلة في المختبر حتى يتمكنوا من اختبار فعالية الأساليب المختلفة للحماية من الصواعق. منذ ذلك الحين ، أصبحت الحماية من الصواعق جزءًا لا يتجزأ من تصميم جميع أنظمة النقل والتوزيع الحديثة.
يوضح الشكل أمثلة على clidonograms للجهد العالي الموجب والسالب العابرين بسعات مختلفة اعتمادًا على القطبية. لاحظ كيف تكون أرقام Lichtenberg الموجبة أكبر في القطر من الأرقام السالبة ، في حين أن الفولتية القصوى لها نفس الحجم.
يستخدم الإصدار الأحدث من هذا الجهاز ، theinograph ، مزيجًا من خطوط التأخير وأجهزة استشعار متعددة تشبه clidonograph لالتقاط سلسلة من "لقطات الفاصل الزمني" لعابر ، مما يسمح للمهندسين بالتقاط شكل الموجة العابرة الكلي مع الجهد العالي.
على الرغم من أن الأجهزة الإلكترونية الحديثة حلت محلها في نهاية المطاف ، فقد استمر استخدام الثينوغراف في الستينيات لدراسة سلوك البرق وتبديل المحولات على خطوط النقل عالية الجهد.
من المعروف الآن أن تحدث أرقام Lichtenberg أثناء الانهيار الكهربائي للغازات والسوائل العازلة والمواد العازلة الصلبة. يمكن إنشاء أرقام Lichtenberg بالنانو ثانية عندما يتم تطبيق جهد كهربائي عالي جدًا على العازل ، أو يمكن أن تتطور على مدى عدة سنوات بسبب سلسلة من الأعطال الصغيرة (منخفضة الطاقة).
تصريفات جزئية لا حصر لها على السطح أو داخل العوازل الصلبة غالبًا ما تؤدي إلى نمو بطيء النمو وتوصيل جزئيًا لسطح Lichtenberg أو أشجار كهربائية ثلاثية الأبعاد داخلية.
غالبًا ما توجد الأشجار الكهربائية ثنائية الأبعاد على سطح عوازل خطوط الطاقة الملوثة. يمكن أن تتشكل الأشجار ثلاثية الأبعاد أيضًا في مناطق مخفية عن رؤية الإنسان في العوازل بسبب وجود شوائب صغيرة أو فراغات ، أو في الأماكن التي يتضرر فيها العازل جسديًا.
نظرًا لأن هذه الأشجار الموصلة جزئيًا يمكن أن تتسبب في النهاية في حدوث عطل كهربائي كامل للعازل ، فإن منع تكوين ونمو مثل هذه "الأشجار" في جذورها أمر بالغ الأهمية لموثوقية طويلة الأجل لجميع المعدات عالية الجهد.
تم إنشاء شخصيات ليشتنبرغ ثلاثية الأبعاد من البلاستيك الشفاف لأول مرة من قبل الفيزيائيين أرنو براش وفريتز لانج في أواخر الأربعينيات. باستخدام مسرع الإلكترون الذي اكتشفوه حديثًا ، قاموا بحقن تريليونات من الإلكترونات الحرة في عينات بلاستيكية ، مما تسبب في انهيار كهربائي وتفحم في شكل شكل ليشتنبرغ الداخلي.
الإلكترونات - جسيمات صغيرة سالبة الشحنة تدور حول نوى الذرات موجبة الشحنة التي تشكل كل المواد المكثفة. استخدم Brush and Lange نبضات عالية الجهد من مولد ماركس بملايين الدولارات المصمم لدفع مسرع شعاع الإلكترون النبضي.
يمكن لجهاز المكثف الخاص بهم أن يولد نبضات تبلغ ثلاثة ملايين فولت وهو قادر على خلق تفريغ قوي للإلكترونات الحرة بتيارات ذروة لا تصدق تصل إلى 100000 أمبير.
تشبه المنطقة المتوهجة من الهواء عالي التأين الناتج عن شعاع الإلكترون عالي التيار اللهب البنفسجي المزرق لمحرك الصاروخ.
أصبحت المجموعة الكاملة من الصور بالأبيض والأسود ، بما في ذلك أشكال Lichtenberg في قالب بلاستيكي شفاف ، متاحة مؤخرًا عبر الإنترنت.