లిచ్టెన్‌బర్గ్ బొమ్మలు: చరిత్ర, ప్రభావం యొక్క భౌతిక సూత్రం

Lichtenberg బొమ్మలను ఉపరితలంపై లేదా విద్యుద్వాహక పదార్థాలలో ఎక్కువ భాగం లోపల అధిక-వోల్టేజ్ విద్యుత్ ఉత్సర్గలను పంపడం ద్వారా పొందిన శాఖలుగా, చెట్టు-వంటి నమూనాలు అంటారు.

లిచ్టెన్‌బర్గ్ యొక్క మొదటి బొమ్మలు రెండు డైమెన్షనల్, అవి దుమ్ము నుండి ఏర్పడిన బొమ్మలు. మొదటిసారిగా వారు 1777 లో జర్మన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త - ప్రొఫెసర్చే గమనించబడ్డారు జార్జ్ క్రిస్టోఫ్ లిచ్టెన్‌బర్గ్… అతని ప్రయోగశాలలో విద్యుత్ చార్జ్ చేయబడిన రెసిన్ ప్లేట్ల ఉపరితలాలపై స్థిరపడిన గాలిలో ఉండే ధూళి ఈ అసాధారణ నమూనాలను సృష్టించింది.

ప్రొఫెసర్ తన భౌతిక శాస్త్ర విద్యార్థులకు ఈ దృగ్విషయాన్ని ప్రదర్శించాడు, అతను తన జ్ఞాపకాలలో ఈ ఆవిష్కరణ గురించి కూడా మాట్లాడాడు. లిక్టెన్‌బర్గ్ దీనిని ఎలక్ట్రిక్ ద్రవం యొక్క స్వభావం మరియు చలనాన్ని అధ్యయనం చేసే కొత్త పద్ధతిగా రాశాడు.

లిచ్టెన్‌బర్గ్ జ్ఞాపకాలలో ఇలాంటిదే చదవవచ్చు. "ఈ నమూనాలు చెక్కిన నమూనా నుండి చాలా భిన్నంగా లేవు. కొన్నిసార్లు దాదాపు లెక్కలేనన్ని నక్షత్రాలు, పాలపుంత మరియు గొప్ప సూర్యులు కనిపిస్తాయి. రెయిన్‌బోలు వాటి కుంభాకార వైపు మెరుస్తున్నాయి.

ఫలితంగా కిటికీలో తేమ గడ్డకట్టినప్పుడు కనిపించే వాటికి సమానమైన మెరిసే కొమ్మలు. వివిధ ఆకారాల మేఘాలు మరియు వివిధ లోతుల నీడలు. కానీ ఈ సంఖ్యలను చెరిపివేయడం అంత తేలిక కాదు, ఎందుకంటే నేను సాధారణ పద్ధతుల్లో ఏదైనా వాటిని తొలగించడానికి ప్రయత్నించాను.

నేను చెరిపేసిన ఆకారాలు మళ్లీ ప్రకాశవంతంగా మెరుస్తూ ఉండకుండా ఆపలేకపోయాను. నేను బొమ్మలపై జిగట పదార్థంతో పూసిన నల్ల కాగితం షీట్ ఉంచాను మరియు దానిని తేలికగా నొక్కాను. ఆ విధంగా నేను బొమ్మల ప్రింట్‌లను తయారు చేయగలిగాను, వాటిలో ఆరు రాయల్ సొసైటీకి అందించబడ్డాయి.

ఈ కొత్త తరహా చిత్ర సముపార్జన నాకు చాలా సంతోషాన్ని కలిగించింది, ఎందుకంటే నేను ఇతర పనులను చేయడానికి ఆతురుతలో ఉన్నాను మరియు ఈ డ్రాయింగ్‌లన్నింటినీ గీయడానికి లేదా నాశనం చేయడానికి నాకు సమయం లేదా కోరిక లేదు. «

అతని తదుపరి ప్రయోగాలలో, ప్రొఫెసర్ లిచ్టెన్‌బర్గ్ రెసిన్, గాజు, ఎబోనైట్ వంటి అనేక రకాల విద్యుద్వాహక పదార్థాల ఉపరితలాలను ఛార్జ్ చేయడానికి వివిధ అధిక వోల్టేజ్ ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ పరికరాలను ఉపయోగించారు.

ఆ తర్వాత అతను చార్జ్డ్ ఉపరితలాలపై సల్ఫర్ మరియు లెడ్ టెట్రాక్సైడ్ మిశ్రమాన్ని దుమ్ము దులిపాడు. సల్ఫర్ (కంటైనర్‌లోని రాపిడి ద్వారా ప్రతికూలంగా ఛార్జ్ చేయబడింది) ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన ఉపరితలాలకు ఎక్కువ ఆకర్షితుడయ్యింది.

అదేవిధంగా, ధనాత్మక చార్జ్ కలిగిన ఘర్షణతో కూడిన లెడ్ టెట్రాక్సైడ్ కణాలు ఉపరితలం యొక్క ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన ప్రాంతాలకు ఆకర్షించబడ్డాయి. రంగు పొడులు గతంలో కనిపించని ఉపరితల-బౌండ్ ఛార్జీల ప్రాంతాలకు స్పష్టమైన కనిపించే ఆకారాన్ని అందించాయి మరియు వాటి ధ్రువణతను చూపించాయి.

ఆ విధంగా ఉపరితలం యొక్క ఛార్జ్ చేయబడిన విభాగాలు చిన్న స్పార్క్స్ ద్వారా ఏర్పడ్డాయని ప్రొఫెసర్‌కు స్పష్టమైంది. స్థిర విద్యుత్… స్పార్క్స్, అవి విద్యుద్వాహకము యొక్క ఉపరితలం అంతటా మెరుస్తూ, దాని ఉపరితలం యొక్క ప్రత్యేక ప్రాంతాలను విద్యుత్ చార్జ్‌గా వదిలివేసింది.

విద్యుద్వాహకము యొక్క ఉపరితలంపై కనిపించిన తర్వాత, ఛార్జీలు చాలా కాలం పాటు ఉంటాయి, ఎందుకంటే విద్యుద్వాహకము వాటి కదలిక మరియు చెదరగొట్టడాన్ని నిరోధిస్తుంది. అదనంగా, లిక్టెన్‌బర్గ్ సానుకూల మరియు ప్రతికూల ధూళి విలువల నమూనాలు గణనీయంగా భిన్నంగా ఉన్నాయని కనుగొన్నారు.

ధనాత్మకంగా ఛార్జ్ చేయబడిన అధిక-వోల్టేజ్ వైర్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన డిశ్చార్జెస్ పొడవైన కొమ్మల మార్గాలతో నక్షత్ర ఆకారంలో ఉంటాయి, అయితే ప్రతికూల ఎలక్ట్రోడ్ నుండి విడుదలలు తక్కువగా, గుండ్రంగా, ఫ్యాన్ ఆకారంలో మరియు షెల్-లాగా ఉంటాయి.

మురికి ఉపరితలాలపై కాగితపు షీట్లను జాగ్రత్తగా ఉంచడం ద్వారా, లిచ్టెన్‌బర్గ్ తాను చిత్రాలను కాగితంపైకి బదిలీ చేయగలనని కనుగొన్నాడు. ఆ విధంగా, జిరోగ్రఫీ మరియు లేజర్ ప్రింటింగ్ యొక్క ఆధునిక ప్రక్రియలు చివరికి ఏర్పడ్డాయి.లిచ్టెన్‌బర్గ్ యొక్క పౌడర్ బొమ్మల నుండి ఆధునిక విజ్ఞాన శాస్త్రంగా పరిణామం చెందిన భౌతిక శాస్త్రాన్ని అతను స్థాపించాడు. ప్లాస్మా భౌతికశాస్త్రంపై.

అనేక ఇతర భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు, ప్రయోగకారులు మరియు కళాకారులు తరువాతి రెండు వందల సంవత్సరాలలో లిచ్టెన్‌బర్గ్ యొక్క బొమ్మలను అధ్యయనం చేశారు. 19వ మరియు 20వ శతాబ్దాలకు చెందిన ప్రముఖ పరిశోధకులలో భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు కూడా ఉన్నారు గాస్టన్ ప్లాంటే మరియు పీటర్ T. రైస్.

19వ శతాబ్దం చివరిలో, ఒక ఫ్రెంచ్ కళాకారుడు మరియు శాస్త్రవేత్త ఎటియన్నే లియోపోల్డ్ ట్రౌవాక్స్ సృష్టించారు "ట్రువెలో ఫిగర్స్" - ఇప్పుడు అంటారు లిచ్టెన్‌బర్గ్ ఫోటోగ్రాఫిక్ బొమ్మలు - ఉపయోగించి రమ్‌కోర్ఫ్ కాయిల్ అధిక వోల్టేజ్ మూలంగా.

ఇతర పరిశోధకులు థామస్ బర్టన్ కిన్రీడ్ మరియు ప్రొఫెసర్లు కార్ల్ ఎడ్వర్డ్ మాగ్నస్సన్, మాక్సిమిలియన్ టోప్లర్, P.O. పెడెర్సెన్ మరియు ఆర్థర్ వాన్ హిప్పెల్.

చాలా ఆధునిక పరిశోధకులు మరియు కళాకారులు ప్రసరించే మందమైన కాంతిని నేరుగా సంగ్రహించడానికి ఫోటోగ్రాఫిక్ ఫిల్మ్‌ని ఉపయోగించారు విద్యుత్ డిశ్చార్జెస్.

ఒక సంపన్న ఆంగ్ల పారిశ్రామికవేత్త మరియు అధిక వోల్టేజ్ పరిశోధకుడు, లార్డ్ విలియం జి. ఆర్మ్‌స్ట్రాంగ్ హై వోల్టేజ్ మరియు లిక్టెన్‌బర్గ్ బొమ్మలపై తన పరిశోధనలో కొన్నింటిని ప్రదర్శించే రెండు అద్భుతమైన పూర్తి-రంగు పుస్తకాలను ప్రచురించింది.

ఈ పుస్తకాలు ఇప్పుడు చాలా చిన్నవి అయినప్పటికీ, ఆర్మ్‌స్ట్రాంగ్ యొక్క మొదటి పుస్తకం, ఎలక్ట్రిక్ మోషన్ ఇన్ ఎయిర్ అండ్ వాటర్ విత్ థియరిటికల్ డిడక్షన్‌ల కాపీ, శతాబ్దం ప్రారంభంలో ఎలక్ట్రోథెరపీ మ్యూజియంలో జియోఫ్ బెహరీ యొక్క దయగల ప్రయత్నాల ద్వారా అందుబాటులోకి వచ్చింది.

1920ల మధ్యలో, వాన్ హిప్పెల్ దానిని కనుగొన్నాడు లిచ్టెన్‌బర్గ్ బొమ్మలు వాస్తవానికి కరోనా డిశ్చార్జెస్ లేదా స్ట్రీమర్‌లు అని పిలువబడే చిన్న ఎలక్ట్రికల్ స్పార్క్‌లు మరియు దిగువ విద్యుద్వాహక ఉపరితలం మధ్య సంక్లిష్ట పరస్పర చర్యల ఫలితంగా ఉంటాయి.

ఎలక్ట్రికల్ డిశ్చార్జెస్ దిగువన ఉన్న విద్యుద్వాహక ఉపరితలంపై విద్యుత్ ఛార్జ్ యొక్క సంబంధిత "నమూనాలు" వర్తిస్తాయి, అక్కడ అవి తాత్కాలికంగా బంధించబడతాయి. వాన్ హిప్పెల్ అనువర్తిత వోల్టేజీని పెంచడం లేదా చుట్టుపక్కల వాయువు యొక్క పీడనాన్ని తగ్గించడం వ్యక్తిగత మార్గాల పొడవు మరియు వ్యాసంలో పెరుగుదలకు దారితీస్తుందని కూడా కనుగొన్నారు.

పీటర్ రైస్ పాజిటివ్ లిచ్టెన్‌బర్గ్ ఫిగర్ యొక్క వ్యాసం అదే వోల్టేజ్ వద్ద పొందిన నెగటివ్ ఫిగర్ కంటే 2.8 రెట్లు ఎక్కువ అని కనుగొన్నారు.

వోల్టేజ్ మరియు ధ్రువణత యొక్క విధిగా లిచ్టెన్‌బర్గ్ బొమ్మల పరిమాణం మధ్య సంబంధాలను ప్రారంభ అధిక వోల్టేజ్ కొలత మరియు క్లిడోనోగ్రాఫ్ వంటి రికార్డింగ్ సాధనాలలో పీక్ వోల్టేజ్ మరియు అధిక వోల్టేజ్ పల్స్ యొక్క ధ్రువణత రెండింటినీ కొలవడానికి ఉపయోగించారు.

క్లిడోనోగ్రాఫ్, కొన్నిసార్లు "లిచ్టెన్‌బర్గ్ కెమెరా" అని పిలవబడుతుంది, క్రమరహిత విద్యుత్ సర్జెస్ వల్ల కలిగే లిచ్టెన్‌బర్గ్ బొమ్మల పరిమాణం మరియు ఆకారాన్ని ఫోటోగ్రాఫిక్‌గా సంగ్రహించగలదు. విద్యుత్ లైన్ల వెంట కారణంగా మెరుపులు.

క్లిడోనోగ్రాఫిక్ కొలతలు 1930లు మరియు 1940లలో మెరుపు పరిశోధకులు మరియు పవర్ సిస్టమ్ రూపకర్తలు మెరుపు-ప్రేరిత వోల్టేజ్‌లను ఖచ్చితంగా కొలవడానికి వీలు కల్పించాయి, తద్వారా మెరుపు యొక్క విద్యుత్ లక్షణాల గురించి ముఖ్యమైన సమాచారాన్ని అందించాయి.

ఈ సమాచారం పవర్ ఇంజనీర్‌లను ప్రయోగశాలలో సారూప్య లక్షణాలతో "కృత్రిమ మెరుపు" సృష్టించడానికి అనుమతించింది, తద్వారా వారు మెరుపు రక్షణకు వివిధ విధానాల ప్రభావాన్ని పరీక్షించగలరు. అప్పటి నుండి, మెరుపు రక్షణ అన్ని ఆధునిక ప్రసార మరియు పంపిణీ వ్యవస్థల రూపకల్పనలో అంతర్భాగంగా మారింది.

ధ్రువణతపై ఆధారపడి వివిధ వ్యాప్తితో సానుకూల మరియు ప్రతికూల అధిక వోల్టేజ్ ట్రాన్సియెంట్‌ల క్లిడోనోగ్రామ్‌ల ఉదాహరణలను ఫిగర్ చూపిస్తుంది. సానుకూల లిచ్టెన్‌బర్గ్ బొమ్మలు ప్రతికూల సంఖ్యల కంటే వ్యాసంలో పెద్దవిగా ఉన్నాయని గమనించండి, అయితే పీక్ వోల్టేజ్‌లు అదే పరిమాణంలో ఉంటాయి.

ఈ పరికరం యొక్క కొత్త వెర్షన్, థినోగ్రాఫ్, క్షణికావేశానికి సంబంధించిన టైమ్-లాప్స్ "స్నాప్‌షాట్‌ల" శ్రేణిని క్యాప్చర్ చేయడానికి ఆలస్యం లైన్‌లు మరియు బహుళ క్లిడోనోగ్రాఫ్ లాంటి సెన్సార్‌ల కలయికను ఉపయోగిస్తుంది, ఇంజనీర్లు హై వోల్టేజ్‌తో మొత్తం తాత్కాలిక తరంగ రూపాన్ని సంగ్రహించడానికి అనుమతిస్తుంది.

చివరికి ఆధునిక ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలచే భర్తీ చేయబడినప్పటికీ, 1960లలో థినోగ్రాఫ్‌లు అధిక-వోల్టేజ్ ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్‌లపై మెరుపు మరియు స్విచ్చింగ్ ట్రాన్సియెంట్‌ల ప్రవర్తనను అధ్యయనం చేయడానికి ఉపయోగించబడ్డాయి.

అన్నది ఇప్పుడు తెలిసింది వాయువులు, ఇన్సులేటింగ్ ద్రవాలు మరియు ఘన విద్యుద్వాహకాలను విద్యుత్ విచ్ఛిన్నం సమయంలో Lichtenberg గణాంకాలు సంభవిస్తాయి. విద్యుద్వాహకానికి చాలా ఎక్కువ విద్యుత్ వోల్టేజ్ వర్తించినప్పుడు లిక్టెన్‌బర్గ్ బొమ్మలు నానోసెకన్లలో సృష్టించబడతాయి లేదా చిన్న (తక్కువ శక్తి) వైఫల్యాల శ్రేణి కారణంగా అవి చాలా సంవత్సరాలుగా అభివృద్ధి చెందుతాయి.

ఉపరితలం వద్ద లేదా ఘన విద్యుద్వాహకాల్లో లెక్కలేనన్ని పాక్షిక ఉత్సర్గలు తరచుగా నెమ్మదిగా పెరుగుతున్న, పాక్షికంగా 2D ఉపరితల లిచెన్‌బర్గ్ బొమ్మలు లేదా అంతర్గత 3D విద్యుత్ చెట్లను నిర్వహిస్తాయి.

2D విద్యుత్ చెట్లు తరచుగా కలుషితమైన విద్యుత్ లైన్ ఇన్సులేటర్ల ఉపరితలంపై కనిపిస్తాయి. 3D చెట్లు చిన్న మలినాలను లేదా శూన్యాలు ఉండటం వలన ఇన్సులేటర్లలో మానవ దృష్టి నుండి దాచబడిన ప్రదేశాలలో లేదా ఇన్సులేటర్ భౌతికంగా దెబ్బతిన్న ప్రదేశాలలో కూడా ఏర్పడవచ్చు.

ఈ పాక్షికంగా నిర్వహించే చెట్లు చివరికి ఇన్సులేటర్ యొక్క పూర్తి విద్యుత్ వైఫల్యానికి కారణమవుతాయి కాబట్టి, అటువంటి "చెట్లు" వాటి మూలాల వద్ద ఏర్పడటం మరియు పెరగకుండా నిరోధించడం అన్ని అధిక-వోల్టేజ్ పరికరాల యొక్క దీర్ఘకాలిక విశ్వసనీయతకు కీలకం.

1940వ దశకం చివరిలో ఆర్నో బ్రాష్ మరియు ఫ్రిట్జ్ లాంగే అనే భౌతిక శాస్త్రవేత్తలచే స్పష్టమైన ప్లాస్టిక్‌లో లిచ్టెన్‌బర్గ్ యొక్క త్రిమితీయ బొమ్మలు రూపొందించబడ్డాయి. వారు కొత్తగా కనుగొన్న ఎలక్ట్రాన్ యాక్సిలరేటర్‌ని ఉపయోగించి, వారు ట్రిలియన్ల కొద్దీ ఉచిత ఎలక్ట్రాన్‌లను ప్లాస్టిక్ నమూనాలలోకి చొప్పించారు, దీని వలన విద్యుత్ విచ్ఛిన్నం మరియు లోపలి లిచెన్‌బర్గ్ ఫిగర్ ఆకారంలో కాలిపోయింది.

ఎలక్ట్రాన్లు - అన్ని ఘనీభవించిన పదార్థాలను తయారు చేసే అణువుల యొక్క ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన కేంద్రకాల చుట్టూ తిరిగే చిన్న ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన కణాలు. పల్సెడ్ ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ యాక్సిలరేటర్‌ను నడపడానికి రూపొందించిన మార్క్స్ యొక్క మల్టీ-మిలియన్ డాలర్ల జనరేటర్ నుండి బ్రష్ మరియు లాంగే అధిక-వోల్టేజ్ పల్స్‌లను ఉపయోగించారు.

వారి కెపాసిటర్ పరికరం మూడు మిలియన్ వోల్ట్‌ల పల్స్‌లను ఉత్పత్తి చేయగలదు మరియు 100,000 ఆంపియర్‌ల వరకు అద్భుతమైన గరిష్ట ప్రవాహాలతో ఉచిత ఎలక్ట్రాన్‌ల యొక్క శక్తివంతమైన ఉత్సర్గాన్ని సృష్టించగలదు.

అవుట్‌గోయింగ్ హై-కరెంట్ ఎలక్ట్రాన్ పుంజం ద్వారా సృష్టించబడిన అత్యంత అయనీకరణం చేయబడిన గాలి యొక్క ప్రకాశించే ప్రాంతం రాకెట్ ఇంజిన్ యొక్క నీలం-వైలెట్ మంటను పోలి ఉంటుంది.

స్పష్టమైన ప్లాస్టిక్ బ్లాక్‌లో లిచెన్‌బర్గ్ బొమ్మలతో సహా నలుపు మరియు తెలుపు చిత్రాల పూర్తి సెట్ ఇటీవల ఆన్‌లైన్‌లో అందుబాటులోకి వచ్చింది.