लिक्टेनबर्ग आकृत्या: इतिहास, प्रभावाचे भौतिक तत्त्व

लिक्टेनबर्ग आकृत्यांना फांद्यायुक्त, झाडासारखे नमुने म्हणतात जे पृष्ठभागावर किंवा मोठ्या प्रमाणात डायलेक्ट्रिक पदार्थांच्या आत उच्च-व्होल्टेज विद्युत डिस्चार्ज पार करून मिळवतात.

लिक्टेनबर्गच्या पहिल्या आकृत्या द्विमितीय आहेत, त्या धुळीपासून तयार झालेल्या आकृत्या आहेत. प्रथमच ते 1777 मध्ये जर्मन भौतिकशास्त्रज्ञ - प्राध्यापकाने पाहिले जॉर्ज क्रिस्टोफ लिक्टेनबर्ग… त्याच्या प्रयोगशाळेत विद्युतभारित रेझिन प्लेट्सच्या पृष्ठभागावर स्थिरावलेल्या हवेतील धुळीने हे असामान्य नमुने तयार केले.

प्राध्यापकांनी ही घटना त्यांच्या भौतिकशास्त्राच्या विद्यार्थ्यांना दाखवून दिली, त्यांनी त्यांच्या आठवणींमध्ये या शोधाबद्दलही सांगितले. लिचटेनबर्गने इलेक्ट्रिक द्रवपदार्थाचे स्वरूप आणि गती यांचा अभ्यास करण्याची एक नवीन पद्धत म्हणून हे लिहिले.

लिक्टेनबर्गच्या आठवणींमध्ये असेच काहीसे वाचायला मिळते. “हे नमुने खोदकामाच्या नमुन्यापेक्षा फारसे वेगळे नाहीत. कधीकधी जवळजवळ असंख्य तारे, आकाशगंगा आणि महान सूर्य दिसतात. त्यांच्या उत्तल बाजूला इंद्रधनुष्य चमकले.

याचा परिणाम म्हणजे खिडकीवर ओलावा गोठल्यावर दिसू शकणार्‍या चमकदार फांद्या होत्या. वेगवेगळ्या आकाराचे ढग आणि वेगवेगळ्या खोलीच्या सावल्या. पण माझ्यासाठी सर्वात मोठी छाप अशी होती की हे अंक पुसून टाकणे सोपे नव्हते कारण मी नेहमीच्या कोणत्याही पद्धतींनी ते पुसून टाकण्याचा प्रयत्न केला.

मी नुकतेच मिटवलेले आकार पुन्हा चमकण्यापासून, उजळ होण्यापासून रोखू शकलो नाही. मी आकृत्यांवर चिकट पदार्थाने लेपित काळ्या कागदाची शीट ठेवली आणि ती हलके दाबली. अशा प्रकारे मला आकृत्यांच्या प्रिंट्स बनवता आल्या, त्यापैकी सहा रॉयल सोसायटीला सादर केल्या गेल्या.

या नवीन प्रकारच्या प्रतिमा संपादनामुळे मला खूप आनंद झाला कारण मला इतर गोष्टी करण्याची घाई होती आणि मला ही सर्व रेखाचित्रे काढण्याची किंवा नष्ट करण्याची वेळ किंवा इच्छा नव्हती. "

त्याच्या नंतरच्या प्रयोगांमध्ये, प्रोफेसर लिचटेनबर्ग यांनी विविध उच्च व्होल्टेज इलेक्ट्रोस्टॅटिक उपकरणांचा वापर केला ज्यामुळे राळ, काच, इबोनाइट... यासारख्या विविध प्रकारच्या डायलेक्ट्रिक पदार्थांच्या पृष्ठभागावर चार्जिंग करण्यात आले.

त्यानंतर त्याने चार्ज केलेल्या पृष्ठभागावर सल्फर आणि लीड टेट्रोक्साईडचे मिश्रण धूळ टाकले. सल्फर (जे डब्यातील घर्षणाने नकारात्मक चार्ज झाले) सकारात्मक चार्ज केलेल्या पृष्ठभागांकडे अधिक आकर्षित होते.

त्याचप्रमाणे, पॉझिटिव्ह चार्ज असलेले घर्षण चार्ज केलेले लीड टेट्रोक्साइड कण पृष्ठभागाच्या नकारात्मक चार्ज असलेल्या प्रदेशांकडे आकर्षित झाले. रंगीत पावडरने पृष्ठभाग-बद्ध शुल्काच्या पूर्वीच्या अदृश्य क्षेत्रांना स्पष्ट दृश्यमान आकार दिला आणि त्यांची ध्रुवता दर्शविली.

अशा प्रकारे प्राध्यापकांना हे स्पष्ट झाले की पृष्ठभागावरील चार्ज केलेले विभाग लहान ठिणग्यांद्वारे तयार झाले आहेत. स्थिर वीज… डाईलेक्ट्रिकच्या पृष्ठभागावर ठिणग्या चमकत असताना, त्याच्या पृष्ठभागाचे वेगळे भाग विद्युतभारित सोडले.

डायलेक्ट्रिकच्या पृष्ठभागावर दिसू लागल्यावर, चार्ज बराच काळ तेथेच राहतात, कारण डायलेक्ट्रिक स्वतःच त्यांची हालचाल आणि फैलाव प्रतिबंधित करते. याव्यतिरिक्त, लिक्टेनबर्गला आढळले की सकारात्मक आणि नकारात्मक धूळ मूल्यांचे नमुने लक्षणीय भिन्न आहेत.

पॉझिटिव्ह चार्ज केलेल्या हाय-व्होल्टेज वायरद्वारे तयार होणारे डिस्चार्ज लांब फांद्या असलेल्या तारेच्या आकाराचे होते, तर नकारात्मक इलेक्ट्रोडमधून निघणारे डिस्चार्ज लहान, गोलाकार, पंखा-आकाराचे आणि शेलसारखे होते.

धुळीच्या पृष्ठभागावर काळजीपूर्वक कागदाची पत्रे ठेवून, लिक्टेनबर्गने शोधून काढले की तो कागदावर प्रतिमा हस्तांतरित करू शकतो. अशाप्रकारे, झेरोग्राफी आणि लेझर प्रिंटिंगच्या आधुनिक प्रक्रिया अखेरीस तयार झाल्या. लिक्टेनबर्गच्या पावडर आकृत्यांपासून आधुनिक विज्ञानात विकसित झालेल्या भौतिकशास्त्राची त्यांनी स्थापना केली. प्लाझ्मा भौतिकशास्त्रावर.

इतर अनेक भौतिकशास्त्रज्ञ, प्रयोगकर्ते आणि कलाकारांनी पुढील दोनशे वर्षांत लिक्टेनबर्गच्या आकृत्यांचा अभ्यास केला. 19व्या आणि 20व्या शतकातील उल्लेखनीय संशोधकांमध्ये भौतिकशास्त्रज्ञांचा समावेश होता गॅस्टन प्लांट आणि पीटर टी. रीस.

19व्या शतकाच्या शेवटी, एक फ्रेंच कलाकार आणि शास्त्रज्ञ एटीन लिओपोल्ड ट्रौवॉक्स तयार केले "ट्रुव्हेलो फिगर्स" - आता म्हणून ओळखले जाते लिक्टेनबर्ग फोटोग्राफिक आकृत्या — वापरून रमकॉर्फ कॉइल उच्च व्होल्टेज स्रोत म्हणून.

इतर संशोधक थॉमस बर्टन किनरेड आणि प्रोफेसर कार्ल एडवर्ड मॅग्नसन, मॅक्सिमिलियन टॉपलर, पी.ओ. पेडरसन आणि आर्थर वॉन हिपेल.

बर्‍याच आधुनिक संशोधकांनी आणि कलाकारांनी फोटोग्राफिक फिल्मचा वापर करून उत्सर्जित होणारा मंद प्रकाश थेट कॅप्चर केला आहे इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज.

एक श्रीमंत इंग्लिश उद्योगपती आणि उच्च व्होल्टेज संशोधक, लॉर्ड विल्यम जी. आर्मस्ट्राँग उच्च व्होल्टेज आणि लिचटेनबर्ग आकृत्यांवरील त्यांचे काही संशोधन सादर करणारी दोन उत्कृष्ट पूर्ण-रंगीत पुस्तके प्रकाशित केली.

ही पुस्तके आता खूपच लहान असली तरी, आर्मस्ट्राँगच्या पहिल्या पुस्तकाची प्रत, इलेक्ट्रिक मोशन इन एअर अँड वॉटर विथ थ्योरेटिकल डिडक्शन्स, जेफ बेहारी यांच्या दयाळू प्रयत्नांमुळे शतकाच्या शेवटी इलेक्ट्रोथेरपी संग्रहालयात उपलब्ध करून देण्यात आली.

1920 च्या मध्यात, व्हॉन हिपेलने याचा शोध लावला लिक्टेनबर्ग आकृत्या प्रत्यक्षात कोरोना डिस्चार्ज किंवा स्ट्रीमर्स नावाच्या लहान इलेक्ट्रिकल स्पार्क आणि खालील डायलेक्ट्रिक पृष्ठभाग यांच्यातील गुंतागुंतीच्या परस्परसंवादाचा परिणाम आहेत.

इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज खाली असलेल्या डायलेक्ट्रिक पृष्ठभागावर इलेक्ट्रिकल चार्जचे संबंधित "नमुने" लागू करतात, जेथे ते तात्पुरते बंधनकारक असतात. वॉन हिपेल यांना असेही आढळले की लागू व्होल्टेज वाढवणे किंवा आसपासच्या वायूचा दाब कमी केल्याने वैयक्तिक मार्गांची लांबी आणि व्यास वाढतो.

पीटर रिस यांना असे आढळले की सकारात्मक लिचटेनबर्ग आकृतीचा व्यास समान व्होल्टेजवर प्राप्त झालेल्या नकारात्मक आकृतीच्या व्यासाच्या सुमारे 2.8 पट आहे.

व्होल्टेज आणि ध्रुवीयतेचे कार्य म्हणून लिक्टेनबर्ग आकृत्यांच्या आकारामधील संबंध लवकर उच्च व्होल्टेज मापन आणि रेकॉर्डिंग साधनांमध्ये वापरले गेले, जसे की क्लिडोनोग्राफ, पीक व्होल्टेज आणि उच्च व्होल्टेज डाळींची ध्रुवीयता दोन्ही मोजण्यासाठी.

क्लिडोनोग्राफ, ज्याला काहीवेळा "लिचटेनबर्ग कॅमेरा" म्हटले जाते, ते विसंगत विद्युतीय वाढीमुळे लिचटेनबर्ग आकृत्यांचे आकार आणि आकार छायाचित्रितपणे कॅप्चर करू शकते. पॉवर लाईन्सच्या बाजूने च्या मुळे विजेचे बोल्ट.

क्लिडोनोग्राफिक मापनांनी 1930 आणि 1940 च्या दशकात लाइटनिंग संशोधक आणि पॉवर सिस्टम डिझायनर्सना लाइटनिंग-प्रेरित व्होल्टेज अचूकपणे मोजण्यासाठी सक्षम केले, ज्यामुळे विजेच्या विद्युत वैशिष्ट्यांबद्दल महत्त्वपूर्ण माहिती प्रदान केली.

या माहितीने पॉवर इंजिनीअर्सना प्रयोगशाळेत समान वैशिष्ट्यांसह "कृत्रिम विद्युल्लता" तयार करण्यास अनुमती दिली जेणेकरुन ते विजेच्या संरक्षणासाठी विविध पध्दतींच्या प्रभावीतेची चाचणी घेऊ शकतील. तेव्हापासून, लाइटनिंग संरक्षण सर्व आधुनिक ट्रांसमिशन आणि वितरण प्रणालीच्या डिझाइनचा अविभाज्य भाग बनले आहे.

आकृती ध्रुवीयतेवर अवलंबून भिन्न मोठेपणा असलेल्या सकारात्मक आणि नकारात्मक उच्च व्होल्टेज ट्रान्झिएंट्सच्या क्लिडोनोग्रामची उदाहरणे दर्शवते. पॉझिटिव्ह लिक्टेनबर्ग आकृत्या ऋण आकृत्यांपेक्षा व्यासाने मोठ्या असतात, तर शिखर व्होल्टेज समान परिमाणाचे असतात ते पहा.

या उपकरणाची नवीन आवृत्ती, थेइनोग्राफ, क्षणभंगुर वेळेच्या "स्नॅपशॉट्स" ची मालिका कॅप्चर करण्यासाठी विलंब रेषा आणि एकाधिक क्लिडोनोग्राफ-सदृश सेन्सर्सच्या संयोजनाचा वापर करते, ज्यामुळे अभियंत्यांना उच्च व्होल्टेजसह एकूण क्षणिक वेव्हफॉर्म कॅप्चर करण्यास अनुमती देते.

अखेरीस आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांनी त्यांची जागा घेतली असली तरी, 1960 च्या दशकात विजेच्या वर्तनाचा अभ्यास करण्यासाठी आणि उच्च-व्होल्टेज ट्रान्समिशन लाईन्सवर बदलणाऱ्या ट्रान्झिएंट्सचा अभ्यास करण्यासाठी थिइनोग्राफचा वापर सुरूच राहिला.

हे आता ज्ञात आहे लिचटेनबर्ग आकृत्या वायूंचे विद्युत विघटन, इन्सुलेट द्रव आणि घन डायलेक्ट्रिक्स दरम्यान घडतात. जेव्हा डायलेक्ट्रिकवर खूप उच्च विद्युत व्होल्टेज लागू केला जातो तेव्हा लिचटेनबर्ग आकृत्या नॅनोसेकंदमध्ये तयार केल्या जाऊ शकतात किंवा लहान (कमी ऊर्जा) अपयशांच्या मालिकेमुळे ते अनेक वर्षांमध्ये विकसित होऊ शकतात.

पृष्ठभागावर किंवा घन डायलेक्ट्रिक्समध्ये असंख्य आंशिक डिस्चार्ज सहसा हळू-वाढणारे, अंशतः 2D पृष्ठभाग लिक्टेनबर्ग आकृत्या किंवा अंतर्गत 3D इलेक्ट्रिकल झाडे तयार करतात.

दूषित पॉवर लाइन इन्सुलेटरच्या पृष्ठभागावर 2D इलेक्ट्रिकल झाडे अनेकदा आढळतात. लहान अशुद्धता किंवा व्हॉईड्सच्या उपस्थितीमुळे इन्सुलेटरमध्ये मानवी दृष्टीपासून लपलेल्या भागात किंवा इन्सुलेटरला शारीरिक नुकसान झालेल्या ठिकाणी 3D झाडे देखील तयार होऊ शकतात.

अंशतः चालणारी ही झाडे अंततः विद्युतरोधकाचे संपूर्ण विद्युत निकामी होऊ शकत असल्याने, अशा "झाडांची" मुळाशी निर्मिती आणि वाढ रोखणे हे सर्व उच्च-व्होल्टेज उपकरणांच्या दीर्घकालीन विश्वासार्हतेसाठी महत्त्वपूर्ण आहे.

लिचटेनबर्गच्या स्पष्ट प्लास्टिकमधील त्रिमितीय आकृत्या प्रथम 1940 च्या उत्तरार्धात भौतिकशास्त्रज्ञ अर्नो ब्रॅश आणि फ्रिट्झ लॅन्गे यांनी तयार केल्या होत्या. त्यांच्या नवीन शोधलेल्या इलेक्ट्रॉन प्रवेगकाचा वापर करून, त्यांनी प्लास्टिकच्या नमुन्यांमध्ये ट्रिलियन मुक्त इलेक्ट्रॉन इंजेक्ट केले, ज्यामुळे इलेक्ट्रिकल बिघाड आणि आतील लिक्टेनबर्ग आकृतीच्या आकारात चारिंग होते.

इलेक्ट्रॉन्स - लहान नकारात्मक चार्ज केलेले कण जे सर्व घनरूप पदार्थ बनवणाऱ्या अणूंच्या सकारात्मक चार्ज केलेल्या केंद्रकाभोवती फिरतात. ब्रश आणि लॅन्जेने मार्क्सच्या मल्टीमिलियन-डॉलर जनरेटरमधून स्पंदित इलेक्ट्रॉन बीम प्रवेगक चालविण्यासाठी डिझाइन केलेल्या उच्च-व्होल्टेज डाळींचा वापर केला.

त्यांचे कॅपेसिटर यंत्र तीन दशलक्ष व्होल्टच्या स्पंदनांची निर्मिती करू शकते आणि 100,000 अँपिअरपर्यंतच्या अविश्वसनीय शिखर प्रवाहांसह मुक्त इलेक्ट्रॉनचे शक्तिशाली डिस्चार्ज तयार करण्यास सक्षम आहे.

बाहेर जाणार्‍या हाय-करंट इलेक्ट्रॉन बीमने तयार केलेला अत्यंत आयनीकृत हवेचा चमकणारा प्रदेश रॉकेट इंजिनच्या निळसर-वायलेट ज्वालासारखा दिसतो.

स्पष्ट प्लास्टिक ब्लॉकमधील लिक्टेनबर्ग आकृत्यांसह काळ्या आणि पांढर्या प्रतिमांचा संपूर्ण संच अलीकडे ऑनलाइन उपलब्ध झाला आहे.