લિક્ટેનબર્ગ આકૃતિઓ: ઇતિહાસ, અસરનો ભૌતિક સિદ્ધાંત

લિક્ટેનબર્ગ આકૃતિઓ સપાટી પર અથવા બલ્ક ડાઇલેક્ટ્રિક સામગ્રીની અંદરથી ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ વિદ્યુત ડિસ્ચાર્જ પસાર કરીને મેળવવામાં આવતી શાખાઓવાળી, વૃક્ષ જેવી પેટર્ન કહેવાય છે.

લિક્ટેનબર્ગની પ્રથમ આકૃતિઓ દ્વિ-પરિમાણીય છે, તે ધૂળમાંથી રચાયેલી આકૃતિઓ છે. પ્રથમ વખત તેઓ 1777 માં જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી - પ્રોફેસર દ્વારા અવલોકન કરવામાં આવ્યા હતા જ્યોર્જ ક્રિસ્ટોફ લિક્ટેનબર્ગ… તેમની લેબોરેટરીમાં વિદ્યુતભારિત રેઝિન પ્લેટોની સપાટી પર સ્થાયી થયેલી એરબોર્ન ધૂળ આ અસામાન્ય પેટર્ન બનાવે છે.

પ્રોફેસરે તેમના ભૌતિકશાસ્ત્રના વિદ્યાર્થીઓને આ ઘટના દર્શાવી, તેમણે તેમના સંસ્મરણોમાં પણ આ શોધ વિશે વાત કરી. લિક્ટેનબર્ગે આને ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહીની પ્રકૃતિ અને ગતિનો અભ્યાસ કરવાની નવી પદ્ધતિ તરીકે લખ્યું છે.

લિક્ટેનબર્ગના સંસ્મરણોમાં પણ આવું જ કંઈક વાંચી શકાય છે. “આ પેટર્ન કોતરણીની પેટર્નથી બહુ અલગ નથી. કેટલીકવાર ત્યાં લગભગ અસંખ્ય તારાઓ, આકાશગંગા અને મહાન સૂર્ય દેખાય છે. મેઘધનુષ્ય તેમની બહિર્મુખ બાજુ પર ચમકતા હતા.

પરિણામ એ ચળકતી ટ્વિગ્સ જેવી જ હતી જે જ્યારે બારી પર ભેજ થીજી જાય ત્યારે જોઈ શકાય છે. વિવિધ આકારોના વાદળો અને વિવિધ ઊંડાણોના પડછાયાઓ. પરંતુ મારા માટે સૌથી મોટી છાપ એ હતી કે આ સંખ્યાઓ ભૂંસી નાખવા માટે સરળ નહોતા કારણ કે મેં તેમને કોઈપણ સામાન્ય પદ્ધતિઓ દ્વારા ભૂંસી નાખવાનો પ્રયાસ કર્યો હતો.

મેં હમણાં જ ભૂંસી નાખેલા આકારોને ફરીથી ઝળહળતા, તેજસ્વી થવાથી હું રોકી શક્યો નહીં. મેં આકૃતિઓ પર ચીકણું સામગ્રીથી કોટેડ કાળા કાગળની શીટ મૂકી અને તેને હળવાશથી દબાવી. આમ હું આકૃતિઓની પ્રિન્ટ બનાવી શક્યો, જેમાંથી છ રોયલ સોસાયટીને રજૂ કરવામાં આવ્યા.

આ નવા પ્રકારની ઇમેજ એક્વિઝિશનથી મને ખૂબ જ આનંદ થયો કારણ કે હું અન્ય વસ્તુઓ કરવાની ઉતાવળમાં હતો અને આ બધી ડ્રોઇંગ્સ દોરવા કે નષ્ટ કરવાનો સમય કે ઇચ્છા નહોતી. "

તેના અનુગામી પ્રયોગોમાં, પ્રોફેસર લિક્ટેનબર્ગે રેઝિન, ગ્લાસ, ઇબોનાઇટ... જેવા વિવિધ પ્રકારના ડાઇલેક્ટ્રિક પદાર્થોની સપાટીને ચાર્જ કરવા માટે વિવિધ ઉચ્ચ વોલ્ટેજ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ઉપકરણોનો ઉપયોગ કર્યો હતો.

ત્યારબાદ તેણે સલ્ફર અને લીડ ટેટ્રોક્સાઇડના મિશ્રણને ચાર્જ કરેલી સપાટી પર ધૂળ નાખ્યું. સલ્ફર (જે કન્ટેનરમાં ઘર્ષણ દ્વારા નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થઈ ગયું હતું) હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ સપાટીઓ તરફ વધુ આકર્ષિત થયું હતું.

તેવી જ રીતે, ઘર્ષણથી ચાર્જ થયેલ લીડ ટેટ્રોક્સાઇડ કણો કે જે હકારાત્મક ચાર્જ ધરાવે છે તે સપાટીના નકારાત્મક ચાર્જવાળા પ્રદેશો તરફ આકર્ષાયા હતા. રંગીન પાવડરે સપાટીથી બંધાયેલા ચાર્જના અગાઉના અદ્રશ્ય પ્રદેશોને સ્પષ્ટ દૃશ્યમાન આકાર આપ્યો અને તેમની ધ્રુવીયતા દર્શાવી.

આમ તે પ્રોફેસરને સ્પષ્ટ થઈ ગયું કે સપાટીના ચાર્જ થયેલા વિભાગો નાના તણખાઓ દ્વારા રચાયા હતા. સ્થિર વીદ્યુત… તણખા, જેમ જેમ તે ડાઇલેક્ટ્રિકની સપાટી પર ચમકતી હતી, ત્યારે તેની સપાટીના અલગ-અલગ વિસ્તારોને વિદ્યુતભારિત છોડી દીધા હતા.

ડાઇલેક્ટ્રિકની સપાટી પર દેખાયા પછી, ચાર્જ ખૂબ લાંબા સમય સુધી ત્યાં રહે છે, કારણ કે ડાઇલેક્ટ્રિક પોતે જ તેમની હિલચાલ અને વિખેરીને અટકાવે છે. વધુમાં, લિક્ટેનબર્ગે શોધી કાઢ્યું કે હકારાત્મક અને નકારાત્મક ધૂળના મૂલ્યોની પેટર્ન નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે.

પોઝિટિવલી ચાર્જ થયેલા હાઈ-વોલ્ટેજ વાયર દ્વારા ઉત્પાદિત ડિસ્ચાર્જ લાંબા ડાળીઓવાળા પાથ સાથે તારા આકારના હતા, જ્યારે નકારાત્મક ઈલેક્ટ્રોડમાંથી નીકળતા ડિસ્ચાર્જ ટૂંકા, ગોળાકાર, પંખાના આકારના અને શેલ જેવા હતા.

ધૂળવાળી સપાટીઓ પર કાળજીપૂર્વક કાગળની શીટ્સ મૂકીને, લિક્ટેનબર્ગે શોધ્યું કે તે કાગળ પર છબીઓ ટ્રાન્સફર કરી શકે છે. આમ, ઝેરોગ્રાફી અને લેસર પ્રિન્ટીંગની આધુનિક પ્રક્રિયાઓ આખરે રચાઈ.તેમણે લિક્ટેનબર્ગના પાવડર આકૃતિઓમાંથી આધુનિક વિજ્ઞાનમાં વિકસિત થયેલા ભૌતિકશાસ્ત્રની સ્થાપના કરી. પ્લાઝ્મા ભૌતિકશાસ્ત્ર પર.

બીજા ઘણા ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ, પ્રયોગકારો અને કલાકારોએ આગામી બેસો વર્ષોમાં લિક્ટેનબર્ગના આંકડાઓનો અભ્યાસ કર્યો. 19મી અને 20મી સદીના જાણીતા સંશોધકોમાં ભૌતિકશાસ્ત્રીઓનો સમાવેશ થાય છે ગેસ્ટન પ્લાન્ટે અને પીટર ટી. રીસ.

19મી સદીના અંતમાં, એક ફ્રેન્ચ કલાકાર અને વૈજ્ઞાનિક એટીન લિયોપોલ્ડ ટ્રુવોક્સ બનાવ્યું "ટ્રુવેલો ફિગર્સ" - હવે તરીકે ઓળખાય છે લિક્ટેનબર્ગ ફોટોગ્રાફિક આંકડા - ઉપયોગ કરીને રમકોર્ફ કોઇલ ઉચ્ચ વોલ્ટેજ સ્ત્રોત તરીકે.

અન્ય સંશોધકો થોમસ બર્ટન કિનરિડ અને પ્રોફેસર્સ કાર્લ એડવર્ડ મેગ્ન્યુસન, મેક્સિમિલિયન ટોપલર, પી.ઓ. પેડરસન અને આર્થર વોન હિપ્પલ.

મોટાભાગના આધુનિક સંશોધકો અને કલાકારોએ ફોટોગ્રાફિક ફિલ્મનો ઉપયોગ કરીને ઉત્સર્જિત ઝાંખા પ્રકાશને સીધો કેપ્ચર કરવા માટે કર્યો છે વિદ્યુત વિસર્જન.

એક શ્રીમંત અંગ્રેજ ઉદ્યોગપતિ અને ઉચ્ચ વોલ્ટેજ સંશોધક, લોર્ડ વિલિયમ જી. આર્મસ્ટ્રોંગ બે ઉત્કૃષ્ટ પૂર્ણ-રંગ પુસ્તકો પ્રકાશિત કર્યા છે જે ઉચ્ચ વોલ્ટેજ અને લિક્ટેનબર્ગ આકૃતિઓ પરના તેમના કેટલાક સંશોધનો રજૂ કરે છે.

જો કે આ પુસ્તકો હવે ખૂબ નાના છે, આર્મસ્ટ્રોંગના પ્રથમ પુસ્તકની એક નકલ, સૈદ્ધાંતિક કપાત સાથે ઇલેક્ટ્રીક મોશન ઇન એર એન્ડ વોટર, સદીના અંતમાં મ્યુઝિયમ ઓફ ઇલેક્ટ્રોથેરાપી ખાતે જ્યોફ બેહરીના દયાળુ પ્રયાસો દ્વારા ઉપલબ્ધ કરાવવામાં આવી હતી.

1920 ના દાયકાના મધ્યમાં, વોન હિપલે તેની શોધ કરી લિક્ટેનબર્ગના આંકડા ખરેખર કોરોના ડિસ્ચાર્જ અથવા સ્ટ્રીમર્સ તરીકે ઓળખાતા નાના ઇલેક્ટ્રિકલ સ્પાર્ક અને નીચેની ડાઇલેક્ટ્રિક સપાટી વચ્ચેની જટિલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું પરિણામ છે.

વિદ્યુત વિસર્જન નીચેની ડાઇલેક્ટ્રિક સપાટી પર વિદ્યુત ચાર્જના અનુરૂપ "પેટર્ન" લાગુ કરે છે, જ્યાં તેઓ અસ્થાયી રૂપે બંધાયેલા હોય છે. વોન હિપલે એ પણ શોધી કાઢ્યું હતું કે લાગુ વોલ્ટેજમાં વધારો અથવા આસપાસના ગેસના દબાણમાં ઘટાડો થવાથી વ્યક્તિગત માર્ગોની લંબાઈ અને વ્યાસમાં વધારો થાય છે.

પીટર રીઝે શોધી કાઢ્યું કે હકારાત્મક લિક્ટેનબર્ગ આકૃતિનો વ્યાસ સમાન વોલ્ટેજ પર મેળવેલ નકારાત્મક આકૃતિના વ્યાસ કરતાં લગભગ 2.8 ગણો છે.

વોલ્ટેજ અને ધ્રુવીયતાના કાર્ય તરીકે લિક્ટેનબર્ગ આકૃતિઓના કદ વચ્ચેના સંબંધોનો ઉપયોગ પ્રારંભિક ઉચ્ચ વોલ્ટેજ માપન અને રેકોર્ડીંગ સાધનોમાં કરવામાં આવતો હતો, જેમ કે ક્લિડોનોગ્રાફ, બંને પીક વોલ્ટેજ અને ઉચ્ચ વોલ્ટેજ સ્પંદનોની ધ્રુવીયતા માપવા માટે.

ક્લિડોનોગ્રાફ, જેને ક્યારેક "લિક્ટેનબર્ગ કૅમેરા" તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, તે અસંગત વિદ્યુત ઉછાળોને કારણે લિક્ટેનબર્ગની આકૃતિઓના કદ અને આકારને ફોટોગ્રાફિકલી કેપ્ચર કરી શકે છે. પાવર લાઇન સાથે કારણે વીજળીના બોલ્ટ્સ.

ક્લિડોનોગ્રાફિક માપન 1930 અને 1940 ના દાયકામાં વીજળીના સંશોધકો અને પાવર સિસ્ટમ ડિઝાઇનર્સને વીજળી-પ્રેરિત વોલ્ટેજને ચોક્કસ રીતે માપવામાં સક્ષમ બનાવે છે, જેનાથી વીજળીની વિદ્યુત લાક્ષણિકતાઓ વિશે મહત્વપૂર્ણ માહિતી પ્રદાન કરવામાં આવે છે.

આ માહિતી પાવર એન્જિનિયરોને પ્રયોગશાળામાં સમાન લાક્ષણિકતાઓ સાથે "કૃત્રિમ વીજળી" બનાવવાની મંજૂરી આપી જેથી તેઓ વીજળીના રક્ષણ માટેના વિવિધ અભિગમોની અસરકારકતા ચકાસી શકે. ત્યારથી, લાઈટનિંગ પ્રોટેક્શન એ તમામ આધુનિક ટ્રાન્સમિશન અને ડિસ્ટ્રિબ્યુશન સિસ્ટમ્સની ડિઝાઇનનો એક અભિન્ન ભાગ બની ગયો છે.

આકૃતિ ધ્રુવીયતા પર આધાર રાખીને વિવિધ કંપનવિસ્તારો સાથે હકારાત્મક અને નકારાત્મક ઉચ્ચ વોલ્ટેજ ક્ષણિકોના ક્લિડોનોગ્રામના ઉદાહરણો દર્શાવે છે. નોંધ લો કે કેવી રીતે હકારાત્મક લિક્ટેનબર્ગ આકૃતિઓ નકારાત્મક આંકડાઓ કરતા વ્યાસમાં મોટા છે, જ્યારે પીક વોલ્ટેજ સમાન તીવ્રતાના છે.

આ ઉપકરણનું નવું વર્ઝન, થીનોગ્રાફ, ક્ષણિક સમય વીતી ગયેલા "સ્નેપશોટ" ની શ્રેણીને કેપ્ચર કરવા માટે વિલંબ રેખાઓ અને બહુવિધ ક્લિડોનોગ્રાફ-જેવા સેન્સર્સના સંયોજનનો ઉપયોગ કરે છે, જે એન્જિનિયરોને ઉચ્ચ વોલ્ટેજ સાથે એકંદર ક્ષણિક તરંગને કેપ્ચર કરવાની મંજૂરી આપે છે.

જો કે તેઓ આખરે આધુનિક ઈલેક્ટ્રોનિક સાધનો દ્વારા સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવ્યા હતા, તેમ છતાં 1960ના દાયકામાં હાઈ-વોલ્ટેજ ટ્રાન્સમિશન લાઈનો પર લાઈટનિંગ અને સ્વિચિંગ ટ્રાન્ઝિઅન્ટ્સની વર્તણૂકનો અભ્યાસ કરવા માટે થીનોગ્રાફ્સનો ઉપયોગ કરવાનું ચાલુ રાખ્યું હતું.

તે હવે જાણવા મળે છે લિક્ટેનબર્ગના આંકડાઓ વાયુઓના વિદ્યુત ભંગાણ, અવાહક પ્રવાહી અને ઘન ડાઇલેક્ટ્રિક્સ દરમિયાન થાય છે. જ્યારે ડાઇલેક્ટ્રિક પર ખૂબ જ ઊંચું વિદ્યુત વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે ત્યારે લિક્ટેનબર્ગ આકૃતિઓ નેનોસેકન્ડમાં બનાવી શકાય છે, અથવા નાની (ઓછી ઉર્જા) નિષ્ફળતાઓની શ્રેણીને કારણે તે ઘણા વર્ષોમાં વિકાસ કરી શકે છે.

સપાટી પર અથવા ઘન ડાઇલેક્ટ્રિક્સની અંદર અસંખ્ય આંશિક વિસર્જન ઘણીવાર ધીમી વૃદ્ધિ કરે છે, આંશિક રીતે 2D સપાટી લિક્ટેનબર્ગ આકૃતિઓ અથવા આંતરિક 3D વિદ્યુત વૃક્ષોનું સંચાલન કરે છે.

2D વિદ્યુત વૃક્ષો ઘણીવાર દૂષિત પાવર લાઇન ઇન્સ્યુલેટરની સપાટી પર જોવા મળે છે. નાની અશુદ્ધિઓ અથવા ખાલી જગ્યાઓની હાજરીને કારણે ઇન્સ્યુલેટરમાં માનવ દ્રષ્ટિથી છુપાયેલા વિસ્તારોમાં અથવા ઇન્સ્યુલેટરને શારીરિક રીતે નુકસાન થયું હોય તેવા સ્થળોએ 3D વૃક્ષો પણ બની શકે છે.

આ આંશિક રીતે વહન કરતા વૃક્ષો આખરે ઇન્સ્યુલેટરની સંપૂર્ણ વિદ્યુત નિષ્ફળતાનું કારણ બની શકે છે, તેથી આવા "વૃક્ષો" ની રચના અને વૃદ્ધિને તેમના મૂળમાં અટકાવવી એ તમામ ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ સાધનોની લાંબા ગાળાની વિશ્વસનીયતા માટે મહત્વપૂર્ણ છે.

સ્પષ્ટ પ્લાસ્ટિકમાં લિક્ટેનબર્ગની ત્રિ-પરિમાણીય આકૃતિઓ સૌપ્રથમ 1940 ના દાયકાના અંતમાં ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ આર્નો બ્રાશ અને ફ્રિટ્ઝ લેંગ દ્વારા બનાવવામાં આવી હતી. તેમના નવા શોધાયેલા ઇલેક્ટ્રોન એક્સિલરેટરનો ઉપયોગ કરીને, તેઓએ પ્લાસ્ટિકના નમૂનાઓમાં ટ્રિલિયન મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન ઇન્જેક્ટ કર્યા, જેના કારણે વિદ્યુત ભંગાણ અને આંતરિક લિક્ટેનબર્ગ આકૃતિના આકારમાં ધ્રુજારી સર્જાય છે.

ઈલેક્ટ્રોન્સ - નાના નકારાત્મક ચાર્જ કણો કે જે અણુઓના હકારાત્મક ચાર્જ ન્યુક્લીની આસપાસ ફરે છે જે તમામ કન્ડેન્સ્ડ પદાર્થ બનાવે છે. બ્રશ અને લેંગે સ્પંદિત ઇલેક્ટ્રોન બીમ પ્રવેગકને ચલાવવા માટે રચાયેલ માર્ક્સના કરોડો-ડોલર જનરેટરમાંથી ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ પલ્સનો ઉપયોગ કર્યો.

તેમનું કેપેસિટર ઉપકરણ ત્રીસ લાખ વોલ્ટની પલ્સ પેદા કરી શકે છે અને 100,000 એમ્પીયર સુધીના અકલ્પનીય પીક કરંટ સાથે મુક્ત ઈલેક્ટ્રોનનું શક્તિશાળી ડિસ્ચાર્જ બનાવવામાં સક્ષમ છે.

આઉટગોઇંગ હાઇ-કરન્ટ ઇલેક્ટ્રોન બીમ દ્વારા બનાવવામાં આવેલ અત્યંત આયનાઇઝ્ડ હવાનો ચમકતો પ્રદેશ રોકેટ એન્જિનની વાદળી-વાયોલેટ જ્યોત જેવો હતો.

બ્લેક એન્ડ વ્હાઇટ ઈમેજોનો સંપૂર્ણ સેટ, જેમાં સ્પષ્ટ પ્લાસ્ટિક બ્લોકમાં લિક્ટેનબર્ગની આકૃતિઓ શામેલ છે, તે તાજેતરમાં ઑનલાઇન ઉપલબ્ધ બની છે.