Lichtenberg 수치: 역사, 충격의 물리적 원리

Lichtenberg 수치는 유전체 재료의 표면 또는 내부에 고전압 전기 방전을 통과시켜 얻은 가지 모양의 나무 모양 패턴이라고 합니다.

Lichtenberg의 첫 번째 인물은 2차원이며 먼지로 형성된 인물입니다. 1777년 독일의 물리학자 교수가 처음으로 그것들을 관찰했습니다. 게오르그 크리스토프 리히텐베르크… 그의 연구실에서 전하를 띤 수지판 표면에 쌓인 공기 중의 먼지가 이러한 특이한 패턴을 만들었습니다.

교수는 물리학 학생들에게 이 현상을 시연했으며 회고록에서도 이 발견에 대해 이야기했습니다. Lichtenberg는 이것을 전기 유체의 특성과 운동을 연구하는 새로운 방법으로 썼습니다.

Lichtenberg의 회고록에서 비슷한 것을 읽을 수 있습니다. “이 패턴은 조각 패턴과 크게 다르지 않습니다. 때로는 셀 수 없이 많은 별, 은하수, 거대한 태양이 나타납니다. 볼록면에 무지개가 빛났습니다.

그 결과 창문에 습기가 얼었을 때 볼 수 있는 것과 유사한 반짝이는 나뭇가지가 생겼습니다. 모양이 다른 구름과 깊이가 다른 그림자. 하지만 가장 큰 인상은 이 숫자들이 일반적인 방법으로 지우려고 했기 때문에 지우기가 쉽지 않다는 점이었습니다.

방금 지운 모양이 다시 빛나고 더 밝아지는 것을 멈출 수 없었습니다. 점성이 있는 재료를 칠한 검은 종이를 인물 위에 놓고 가볍게 눌렀다. 그리하여 나는 그림을 인쇄할 수 있었고 그 중 6개는 왕립 학회에 제출되었습니다.

이 새로운 유형의 이미지 획득은 다른 일을 하느라 바빴고 이 모든 그림을 그리거나 파괴할 시간이나 욕구가 없었기 때문에 매우 기뻤습니다. «

그의 후속 실험에서 Lichtenberg 교수는 다양한 고전압 정전기 장치를 사용하여 수지, 유리, 에보나이트와 같은 다양한 유전체 재료의 표면을 충전했습니다.

그런 다음 그는 대전된 표면에 황과 사산화납의 혼합물을 뿌렸습니다. 유황(컨테이너의 마찰로 인해 음으로 대전됨)은 양으로 대전된 표면에 더 많이 끌렸습니다.

마찬가지로 양전하를 띤 사산화납 입자는 표면의 음전하 영역으로 끌렸습니다. 유색 분말은 이전에 보이지 않았던 표면 결합 전하 영역에 명확하게 보이는 모양을 부여하고 극성을 나타냅니다.

따라서 표면의 하전된 부분이 작은 불꽃에 의해 형성되었다는 것이 교수에게 분명해졌습니다. 정전기… 스파크는 유전체 표면을 가로질러 번쩍이면서 표면의 개별 영역에 전하를 가했습니다.

유전체 표면에 나타난 후 전하는 유전체 자체가 이동과 분산을 방지하기 때문에 꽤 오랫동안 거기에 남아 있습니다. 또한 Lichtenberg는 먼지 양과 음 값의 패턴이 크게 다르다는 것을 발견했습니다.

양극으로 대전된 고전압 전선에 의해 생성된 방전은 분기 경로가 긴 별 모양인 반면, 음극에서 발생한 방전은 더 짧고 둥글며 팬 모양 및 껍질 모양이었습니다.

먼지가 많은 표면에 종이를 조심스럽게 올려놓음으로써 Lichtenberg는 이미지를 종이에 옮길 수 있다는 것을 발견했습니다. 따라서 제로그래피와 레이저 인쇄의 현대적 공정이 결국 형성되었으며, 그는 리히텐베르크의 분말 형상에서 현대 과학으로 진화한 물리학을 창시했습니다. 플라즈마 물리학.

다른 많은 물리학자, 실험가 및 예술가들은 이후 200년 동안 Lichtenberg의 수치를 연구했습니다. 19세기와 20세기의 저명한 연구자들에는 물리학자들이 포함되었습니다. 가스톤 플랜테 그리고 피터 T. 리스.

19세기 말 프랑스의 예술가이자 과학자인 에티엔느 레오폴드 트루보 만들어진 «트루벨로 피규어» — 현재 알려진 Lichtenberg 사진 인물 — 사용 럼코프 코일 고전압 소스로.

다른 연구원으로는 Thomas Burton Kinreid와 Maximilian Topler, P.O. 페데르센과 아서 폰 히펠.

대부분의 현대 연구자와 예술가들은 사진 필름을 사용하여 방전.

영국의 부유한 산업가이자 고전압 연구원인 Lord 윌리엄 G. 암스트롱 고전압 및 Lichtenberg 수치에 대한 그의 연구 중 일부를 제시하는 두 권의 훌륭한 풀 컬러 책을 출판했습니다.

지금은 이 책들이 아주 작긴 하지만 암스트롱의 첫 번째 책인 Electric Motion in Air and Water with Theoretical Deductions는 세기 전환기에 전기 요법 박물관의 Geoff Beharry의 친절한 노력을 통해 입수할 수 있게 되었습니다.

1920년대 중반에 von Hippel은 다음을 발견했습니다. Lichtenberg 수치는 실제로 코로나 방전 또는 스트리머라고 하는 작은 전기 스파크와 아래의 유전체 표면 사이의 복잡한 상호 작용의 결과입니다.

방전은 전하의 해당 "패턴"을 아래의 유전체 표면에 적용하여 일시적으로 결합합니다. Von Hippel은 또한 적용된 전압을 높이거나 주변 가스의 압력을 낮추면 개별 경로의 길이와 직경이 증가한다는 사실을 발견했습니다.

Peter Ries는 양의 Lichtenberg 수치의 지름이 동일한 전압에서 얻은 음의 수치의 직경의 약 2.8배임을 발견했습니다.

전압과 극성의 함수로서 리히텐베르크 수치의 크기 사이의 관계는 초기 고전압 측정 및 고전압 펄스의 피크 전압과 극성을 모두 측정하기 위해 클리도노그래프와 같은 기록 기기에 사용되었습니다.

때때로 "리히텐베르그 카메라"라고 불리는 클리도노그래프는 비정상적인 전기 서지로 인해 발생하는 리히텐베르그 형상의 크기와 모양을 사진으로 포착할 수 있습니다. 전력선을 따라 ~ 때문에 번개.

Clidonographic 측정을 통해 1930년대와 1940년대에 낙뢰 연구원과 전력 시스템 설계자는 낙뢰 유도 전압을 정확하게 측정할 수 있었고 따라서 낙뢰의 전기적 특성에 대한 중요한 정보를 제공할 수 있었습니다.

이 정보를 통해 전력 엔지니어는 실험실에서 유사한 특성을 가진 "인공 번개"를 생성하여 낙뢰 보호에 대한 다양한 접근 방식의 효과를 테스트할 수 있었습니다. 그 이후로 낙뢰 보호는 모든 최신 전송 및 배전 시스템 설계의 필수적인 부분이 되었습니다.

그림은 극성에 따라 진폭이 다른 양수 및 음수 고전압 천이의 예를 보여줍니다. 최대 전압은 같은 크기인 반면 양의 Lichtenberg 수치는 음의 수치보다 직경이 더 큽니다.

이 장치의 최신 버전인 theinograph는 지연 라인과 다중 clidonograph와 유사한 센서의 조합을 사용하여 과도 현상의 일련의 시간 경과 "스냅샷"을 캡처하여 엔지니어가 고전압으로 전체 과도 파형을 캡처할 수 있도록 합니다.

그들은 결국 현대 전자 장비로 대체되었지만, theinographs는 1960년대까지 고압 송전선에서 번개 및 스위칭 과도 상태의 동작을 연구하는 데 계속 사용되었습니다.

지금은 Lichtenberg 수치는 가스, 절연 액체 및 고체 유전체의 전기적 고장 중에 발생합니다. Lichtenberg 수치는 매우 높은 전기 전압이 유전체에 적용될 때 나노초 내에 생성되거나 일련의 작은(낮은 에너지) 고장으로 인해 몇 년에 걸쳐 발전할 수 있습니다.

표면 또는 고체 유전체 내에서 무수한 부분 방전은 종종 느리게 성장하고 부분적으로 전도되는 2D 표면 Lichtenberg 수치 또는 내부 3D 전기 트리를 생성합니다.

2D 전기 트리는 오염된 전력선 절연체 표면에서 종종 발견됩니다. 3차원 나무는 작은 불순물이나 공극이 존재하여 절연체 내부에 사람의 시야에 가려진 영역이나 절연체가 물리적으로 손상된 위치에도 형성될 수 있습니다.

이러한 부분적으로 전도성이 있는 나무는 결국 절연체의 완전한 전기 고장을 일으킬 수 있으므로 뿌리에서 이러한 "나무"의 형성 및 성장을 방지하는 것이 모든 고전압 장비의 장기적인 신뢰성에 중요합니다.

투명한 플라스틱으로 된 Lichtenberg의 3차원 형상은 1940년대 후반 물리학자 Arno Brasch와 Fritz Lange에 의해 처음 만들어졌습니다. 새로 발견된 전자 가속기를 사용하여 그들은 수조 개의 자유 전자를 플라스틱 샘플에 주입하여 전기적 고장을 일으키고 내부 Lichtenberg 형상의 형태로 그을렸습니다.

전자 - 모든 응축 물질을 구성하는 원자의 양전하 핵 주위를 회전하는 작은 음전하 입자. Brush와 Lange는 펄스 전자 빔 가속기를 구동하도록 설계된 Marx의 수백만 달러짜리 발전기의 고전압 펄스를 사용했습니다.

그들의 커패시터 장치는 300만 볼트의 펄스를 생성할 수 있으며 최대 100,000암페어의 놀라운 피크 전류로 자유 전자의 강력한 방전을 생성할 수 있습니다.

나가는 고전류 전자빔에 의해 생성된 고도로 이온화된 공기의 빛나는 영역은 로켓 엔진의 청자색 불꽃과 유사했습니다.

투명한 플라스틱 블록의 Lichtenberg 수치를 포함하여 완전한 흑백 이미지 세트가 최근 온라인에서 제공됩니다.