Tokoh Lichtenberg: sejarah, prinsip dampak fisik

Sosok Lichtenberg disebut bercabang, pola seperti pohon diperoleh dengan melewatkan pelepasan listrik bertegangan tinggi di permukaan atau di dalam sebagian besar bahan dielektrik.

Sosok pertama Lichtenberg berbentuk dua dimensi, yaitu sosok yang terbentuk dari debu. Untuk pertama kalinya mereka diamati pada tahun 1777 oleh seorang fisikawan Jerman - profesor Georg Christoph Lichtenberg… Debu di udara yang mengendap di permukaan pelat resin bermuatan listrik di laboratoriumnya menciptakan pola yang tidak biasa ini.

Sang profesor mendemonstrasikan fenomena ini kepada mahasiswa fisikanya, dia juga membicarakan penemuan ini dalam memoarnya. Lichtenberg menulis ini sebagai metode baru untuk mempelajari sifat dan gerak fluida listrik.

Hal serupa bisa dibaca di memoar Lichtenberg. “Pola ini tidak jauh berbeda dengan pola ukiran. Kadang-kadang muncul bintang yang hampir tak terhitung jumlahnya, Bima Sakti dan matahari yang besar. Pelangi bersinar di sisi cembungnya.

Hasilnya adalah ranting mengkilap yang mirip dengan yang terlihat saat kelembapan membeku di jendela. Awan dengan berbagai bentuk dan bayangan dengan kedalaman berbeda. Tetapi kesan terbesar bagi saya adalah bahwa angka-angka ini tidak mudah dihapus karena saya mencoba menghapusnya dengan salah satu metode biasa.

Saya tidak bisa menghentikan bentuk yang baru saja saya hapus dari bersinar lagi, lebih cerah. Saya meletakkan selembar kertas hitam yang dilapisi bahan kental pada gambar dan menekannya dengan ringan. Dengan demikian saya dapat membuat cetakan figur, enam di antaranya dipresentasikan ke Royal Society.

Jenis akuisisi gambar baru ini membuat saya sangat bahagia karena saya sedang terburu-buru melakukan hal lain dan tidak punya waktu maupun keinginan untuk menggambar atau menghancurkan semua gambar ini. «

Dalam percobaan selanjutnya, Profesor Lichtenberg menggunakan berbagai perangkat elektrostatik tegangan tinggi untuk mengisi permukaan berbagai bahan dielektrik seperti resin, kaca, ebonit...

Dia kemudian menaburkan campuran belerang dan timah tetroksida pada permukaan bermuatan. Belerang (yang menjadi bermuatan negatif karena gesekan di dalam wadah) lebih tertarik ke permukaan yang bermuatan positif.

Demikian pula, partikel timbal tetroksida bermuatan gesekan yang bermuatan positif tertarik ke daerah permukaan yang bermuatan negatif. Serbuk berwarna memberi daerah yang sebelumnya tidak terlihat dari muatan terikat permukaan bentuk yang terlihat jelas dan menunjukkan polaritasnya.

Dengan demikian menjadi jelas bagi profesor bahwa bagian permukaan yang bermuatan dibentuk oleh percikan api kecil. listrik statis… Percikan api, saat melintas di permukaan dielektrik, meninggalkan area terpisah di permukaannya bermuatan listrik.

Setelah muncul di permukaan dielektrik, muatan tetap ada di sana cukup lama, karena dielektrik itu sendiri mencegah pergerakan dan dispersinya. Selain itu, Lichtenberg menemukan bahwa pola nilai debu positif dan negatif berbeda secara signifikan.

Pelepasan yang dihasilkan oleh kawat tegangan tinggi bermuatan positif berbentuk bintang dengan jalur percabangan yang panjang, sedangkan pelepasan dari elektroda negatif lebih pendek, bulat, berbentuk kipas, dan seperti cangkang.

Dengan hati-hati meletakkan lembaran kertas di atas permukaan berdebu, Lichtenberg menemukan bahwa dia dapat mentransfer gambar ke atas kertas. Dengan demikian, proses xerografi dan pencetakan laser modern akhirnya terbentuk.Dia mendirikan fisika yang berevolusi dari figur bubuk Lichtenberg menjadi sains modern. tentang fisika plasma.

Banyak fisikawan, peneliti, dan seniman lainnya mempelajari figur Lichtenberg selama dua ratus tahun berikutnya. Peneliti terkenal dari abad ke-19 dan ke-20 termasuk fisikawan Pabrik Gaston Dan Peter T.Riess.

Pada akhir abad ke-19, seorang seniman dan ilmuwan Prancis Etienne Leopold Trouvaux dibuat «Angka Truvelo» - sekarang dikenal sebagai Tokoh fotografi Lichtenberg - menggunakan kumparan Rumkorf sebagai sumber tegangan tinggi.

Peneliti lainnya adalah Thomas Burton Kinreid dan Profesor Carl Edward Magnusson, Maximilian Topler, P.O. Pedersen dan Arthur von Hippel.

Sebagian besar peneliti dan seniman modern telah menggunakan film fotografi untuk secara langsung menangkap cahaya redup yang dipancarkan pelepasan listrik.

Seorang industrialis Inggris yang kaya dan peneliti tegangan tinggi, Lord William G. Armstrong menerbitkan dua buku penuh warna yang sangat bagus yang menyajikan beberapa penelitiannya tentang tegangan tinggi dan tokoh Lichtenberg.

Meskipun buku-buku ini sekarang cukup kecil, salinan buku pertama Armstrong, Gerak Listrik di Udara dan Air dengan Pengurangan Teoritis, tersedia melalui upaya Geoff Beharry di Museum Elektroterapi pada pergantian abad.

Pada pertengahan 1920-an, von Hippel menemukan itu Angka Lichtenberg sebenarnya adalah hasil interaksi kompleks antara pelepasan korona, atau percikan listrik kecil yang disebut pita, dan permukaan dielektrik di bawahnya.

Pelepasan listrik menerapkan "pola" muatan listrik yang sesuai ke permukaan dielektrik di bawah, tempat mereka terikat sementara. Von Hippel juga menemukan bahwa peningkatan tegangan yang diberikan atau penurunan tekanan gas di sekitarnya menyebabkan peningkatan panjang dan diameter masing-masing jalur.

Peter Ries menemukan bahwa diameter angka Lichtenberg positif kira-kira 2,8 kali diameter angka negatif yang diperoleh pada tegangan yang sama.

Hubungan antara ukuran figur Lichtenberg sebagai fungsi tegangan dan polaritas digunakan dalam pengukuran tegangan tinggi awal dan alat perekam, seperti klidonograf, untuk mengukur tegangan puncak dan polaritas pulsa tegangan tinggi.

Klidonograf, terkadang disebut "kamera Lichtenberg", secara fotografis dapat menangkap ukuran dan bentuk figur Lichtenberg yang disebabkan oleh gelombang listrik yang tidak normal. sepanjang saluran listrik karena petir.

Pengukuran Klidonografi memungkinkan peneliti petir dan perancang sistem tenaga pada tahun 1930-an dan 1940-an untuk secara akurat mengukur voltase yang diinduksi petir, sehingga memberikan informasi penting tentang karakteristik listrik petir.

Informasi ini memungkinkan para insinyur listrik untuk membuat "petir buatan" dengan karakteristik serupa di laboratorium sehingga mereka dapat menguji keefektifan pendekatan yang berbeda untuk proteksi petir. Sejak saat itu, proteksi petir telah menjadi bagian integral dari rancangan semua sistem transmisi dan distribusi modern.

Gambar tersebut menunjukkan contoh clidonogram transien tegangan tinggi positif dan negatif dengan amplitudo yang berbeda tergantung pada polaritasnya. Perhatikan bagaimana angka Lichtenberg positif berdiameter lebih besar daripada angka negatif, sedangkan tegangan puncak memiliki besaran yang sama.

Versi yang lebih baru dari perangkat ini, theinograph, menggunakan kombinasi garis tunda dan beberapa sensor seperti klidonograf untuk menangkap serangkaian "snapshot" selang waktu dari transien, yang memungkinkan para insinyur untuk menangkap keseluruhan bentuk gelombang transien dengan tegangan tinggi.

Meskipun akhirnya digantikan oleh peralatan elektronik modern, inograf terus digunakan hingga tahun 1960-an untuk mempelajari perilaku petir dan perpindahan transien pada saluran transmisi tegangan tinggi.

Sekarang diketahui bahwa Angka Lichtenberg terjadi selama kerusakan listrik gas, cairan isolasi, dan dielektrik padat. Angka Lichtenberg dapat dibuat dalam nanodetik ketika tegangan listrik yang sangat tinggi diterapkan pada dielektrik, atau dapat berkembang selama beberapa tahun karena serangkaian kegagalan kecil (energi rendah).

Pelepasan parsial yang tak terhitung jumlahnya di permukaan atau di dalam dielektrik padat sering kali menghasilkan figur Lichtenberg permukaan 2D yang tumbuh lambat dan sebagian melakukan atau pohon listrik 3D internal.

Pohon listrik 2D sering ditemukan di permukaan isolator saluran listrik yang terkontaminasi. Pohon 3D juga dapat terbentuk di area yang tersembunyi dari penglihatan manusia di isolator karena adanya kotoran atau rongga kecil, atau di tempat di mana isolator rusak secara fisik.

Karena pohon yang melakukan sebagian ini pada akhirnya dapat menyebabkan kegagalan listrik total pada isolator, mencegah pembentukan dan pertumbuhan "pohon" semacam itu di akarnya sangat penting untuk keandalan jangka panjang semua peralatan tegangan tinggi.

Sosok tiga dimensi Lichtenberg dalam plastik bening pertama kali diciptakan oleh fisikawan Arno Brasch dan Fritz Lange pada akhir 1940-an. Dengan menggunakan akselerator elektron yang baru ditemukan, mereka menyuntikkan triliunan elektron bebas ke dalam sampel plastik, menyebabkan kerusakan listrik dan hangus dalam bentuk sosok Lichtenberg bagian dalam.

Elektron — partikel bermuatan negatif kecil yang berputar di sekitar inti atom bermuatan positif yang menyusun semua materi terkondensasi. Brush dan Lange menggunakan pulsa bertegangan tinggi dari generator bernilai jutaan dolar milik Marx yang dirancang untuk menggerakkan akselerator berkas elektron berdenyut.

Perangkat kapasitor mereka dapat menghasilkan pulsa tiga juta volt dan mampu menciptakan pelepasan elektron bebas yang kuat dengan arus puncak yang luar biasa hingga 100.000 ampere.

Daerah pijar dari udara yang sangat terionisasi yang diciptakan oleh pancaran elektron berarus tinggi menyerupai nyala api ungu kebiruan dari mesin roket.

Set lengkap gambar hitam putih, termasuk figur Lichtenberg dalam blok plastik bening, baru-baru ini tersedia secara online.