Lichtenberg 人物：歷史、影響的物理原理

Lichtenberg 圖形被稱為分支樹狀圖案，通過在介電材料的表面或內部傳遞高壓放電而獲得。

利希滕貝格的第一個人物是二維的，他們是由塵埃形成的人物。 1777 年，一位德國物理學家教授首次觀察到它們 喬治·克里斯托弗·利希滕貝格……在他的實驗室中，空氣中的塵埃落在帶電樹脂板的表面，形成了這些不尋常的圖案。

教授向他的物理系學生演示了這一現象，他也在回憶錄中談到了這一發現。 Lichtenberg 將此描述為一種研究電流體性質和運動的新方法。

在利希滕貝格的回憶錄中可以讀到類似的內容。 “這些圖案與雕刻圖案沒有太大區別。有時會出現幾乎無數的星星，銀河系和大太陽。彩虹閃耀在他們凸起的一面。

結果是閃亮的樹枝類似於窗戶上的水分結冰時可以看到的樹枝。不同形狀的雲和不同深度的陰影。但給我最大的印像是這些數字不容易擦掉，因為我試圖用任何常用的方法擦掉它們。

我無法阻止我剛剛擦除的形狀再次發光，更亮。我把一張塗有粘性物質的黑紙放在圖形上，輕輕壓一下。因此，我能夠製作人物印刷品，其中六幅被贈送給皇家學會。

這種新型的圖像採集方式讓我非常高興，因為我急於做其他事情，既沒有時間也沒有慾望去畫或毀掉所有這些圖畫。 «

在他隨後的實驗中，Lichtenberg 教授使用各種高壓靜電設備為樹脂、玻璃、硬橡膠等各種介電材料的表面充電。

然後，他在帶電錶面撒上硫磺和四氧化鉛的混合物。硫磺（由於容器中的摩擦而帶負電）更容易被帶正電的表面吸引。

同樣，帶正電荷的帶摩擦電荷的四氧化鉛顆粒被吸引到表面帶負電荷的區域。有色粉末使以前不可見的表面結合電荷區域呈現出清晰可見的形狀，並顯示出它們的極性。

因此，教授很清楚表面的帶電部分是由小火花形成的。 靜電……火花在電介質表面閃過時，在其表面的不同區域留下了電荷。

電荷出現在電介質表面後，會在那裡停留相當長的時間，因為電介質本身會阻止電荷的移動和分散。此外，利希滕貝格還發現正負塵埃值的模式存在顯著差異。

帶正電的高壓線產生的放電呈星形，分支路徑較長，而負極放電較短，呈圓形、扇形和貝殼狀。

通過小心地將紙張放在佈滿灰塵的表面上，Lichtenberg 發現他可以將圖像轉移到紙張上。從而最終形成了靜電複印和激光印刷等現代工藝，他創立了從利希滕貝格的粉末圖形發展成為現代科學的物理學。 等離子物理學.

在接下來的 200 年裡，許多其他物理學家、實驗家和藝術家研究了利希滕貝格的人物。 19 世紀和 20 世紀著名的研究人員包括物理學家 加斯頓普蘭特 和 彼得·里斯.

19世紀末，一位法國藝術家和科學家 艾蒂安·利奧波德·特魯沃 創建 «Truvelo 數字» ——現在被稱為 利希滕貝格攝影人物 - 使用 Rumkorf線圈 作為高壓源。

其他研究人員包括 Thomas Burton Kinreid 和 Carl Edward Magnusson 教授、Maximilian Topler、P.O.佩德森和阿瑟·馮·希佩爾。

大多數現代研究人員和藝術家都使用攝影膠片直接捕捉物體發出的微弱光線 放電.

一位富有的英國實業家和高壓研究員 Lord 威廉·阿姆斯特朗 出版了兩本出色的全彩書籍，介紹了他對高壓和利希滕貝格圖形的一些研究。

儘管這些書現在很小，但世紀之交時，通過電療博物館的傑夫·貝哈里 (Geoff Beharry) 的熱心努力，阿姆斯特朗的第一本書《空氣和水中的電運動及其理論推導》的副本得以出版。

在 20 年代中期，von Hippel 發現 Lichtenberg 圖形實際上是電暈放電或稱為流光的微小電火花與下方的電介質表面之間複雜相互作用的結果。

放電將相應的電荷“模式”應用到下方的電介質表面，它們在那裡暫時結合。 Von Hippel 還發現，增加施加的電壓或降低周圍氣體的壓力會導致各個路徑的長度和直徑增加。

Peter Ries 發現，在相同電壓下獲得的正利希滕貝格圖形的直徑約為負圖形直徑的 2.8 倍。

Lichtenberg 圖形的大小與電壓和極性之間的關係被用於早期的高壓測量和記錄儀器，例如 clidonograph，以測量高壓脈衝的峰值電壓和極性。

clidonograph，有時被稱為“Lichtenberg 相機”，可以通過攝影捕捉由異常電湧引起的 Lichtenberg 人物的大小和形狀。 沿著電源線 由於 閃電.

氣候測量使 1930 年代和 40 年代的閃電研究人員和電力系統設計人員能夠準確測量閃電感應電壓，從而提供有關閃電電氣特性的重要信息。

這些信息使電力工程師能夠在實驗室中製造出具有相似特性的“人造閃電”，以便他們可以測試不同防雷方法的有效性。從那時起，防雷已成為所有現代輸配電系統設計中不可或缺的一部分。

該圖顯示了根據極性具有不同振幅的正負高壓瞬變的斜線圖示例。請注意正 Lichtenberg 圖形的直徑如何大於負圖形，而峰值電壓的大小相同。

該設備的更新版本 theinograph 使用延遲線和多個類似 clidonograph 的傳感器的組合來捕獲瞬態的一系列延時“快照”，從而使工程師能夠捕獲具有高電壓的整體瞬態波形。

儘管它們最終被現代電子設備所取代，但等軸測圖在 1960 年代繼續用於研究高壓傳輸線上閃電和開關瞬變的行為。

現在知道了 利希滕貝格圖出現在氣體、絕緣液體和固體電介質的電擊穿過程中。 當向電介質施加非常高的電壓時，利希滕貝格圖形可以在納秒內創建，或者由於一系列小（低能量）故障，它們可以在數年內發展。

表面或固體電介質內的無數局部放電通常會產生生長緩慢、部分導電的 2D 表面 Lichtenberg 圖形或內部 3D 電樹。

二維電樹經常出現在受污染的電力線絕緣體的表面。由於存在小雜質或空隙，或在絕緣體物理損壞的地方，3D 樹也可能形成在絕緣體中人類看不見的區域。

由於這些部分導電的樹最終會導致絕緣體完全電氣故障，因此防止這種“樹”在其根部形成和生長對於所有高壓設備的長期可靠性至關重要。

Lichtenberg 的透明塑料三維模型最初是由物理學家 Arno Brasch 和 Fritz Lange 在 1940 年代後期創作的。使用他們新發現的電子加速器，他們將數万億個自由電子注入塑料樣品，導致內部 Lichtenberg 圖形的電擊穿和炭化。

電子 - 帶負電的小粒子圍繞構成所有凝聚態物質的帶正電原子核旋轉。 Brush 和 Lange 使用了 Marx 價值數百萬美元的發電機的高壓脈衝，該發電機旨在驅動脈衝電子束加速器。

他們的電容器裝置可以產生 300 萬伏特的脈衝，並能夠產生強大的自由電子放電，峰值電流高達 100,000 安培。

由射出的高電流電子束產生的高度電離空氣的發光區域類似於火箭發動機的藍紫色火焰。

完整的黑白圖像集，包括透明塑料塊中的利希滕貝格人物，最近可以在網上找到。