Lixtenberq Fiqurları: Tarixi və Effektin Fiziki Prinsipi
Lixtenberq fiqurları (Фигуры Лихтенберга) yüksək gərginlikli elektrik boşalmalarının (высоковольтные электрические разряды) dielektrik materialların (диэлектрические материалы) səthi və ya daxili həcmi boyunca keçməsi nəticəsində yaranan, ağac şəkillərinə (изображения деревьев) bənzər şaxələnmiş naxışlardır (ветвящиеся узоры).
Lixtenberq Fiqurlarının İlk Aşkarlanması və Tarixi
İlk Lixtenberq fiqurları (Фигуры Лихтенберга) ikiölçülü (двумерные) olmuşdur və tozun (пыль) iştirakı ilə formalaşmışdır. Bu fiqurlar ilk dəfə 1777-ci ildə alman fiziki və professoru Georg Christoph Lichtenberg tərəfindən müşahidə edilmişdir. Onun laboratoriyasında elektriklə yüklənmiş qətran lövhələrinin (электрически заряженные пластины смолы) səthinə havada daşınan toz hissəciklərinin çökərək yaratdığı qeyri-adi naxışlar diqqətini cəlb etmişdir.
Professor bu hadisəni tələbələrinə – fizika ixtisası üzrə təhsil alanlara nümayiş etdirmiş və öz xatirələrində bu kəşfdən bəhs etmişdir. Lixtenberq bu effekti "elektrik mayesinin" (электрическая жидкость) təbiətini və hərəkətini öyrənmək üçün yeni bir metod kimi təsvir etmişdir.
Lixtenberqin Xatirələrindən: İlk Lixtenberq Fiqurlarının Təsviri
Lixtenberqin xatirələrində təxminən belə bir qeyd oxumaq mümkündür:
Bu naxışlar (узоры) çox az halda həkketmə şəklindən(гравировального рисунка) fərqlənirdi. Bəzən orada demək olar ki, saysız-hesabsız ulduzlar (звезды), Süd Yolu (Млечный путь) və böyük Günəşlər (Солнца) görünürdü. Orada işıltılı qövslər (дуги) onların qabarıq tərəflərində parlayırdı.
Parlaq budaqlar (веточки) yaranırdı – eynilə rütubətin pəncərə şüşəsində donduğu zaman müşahidə olunanlara bənzər. Müxtəlif formalı buludlar (облака) və müxtəlif dərinlikdə kölgələr (тени) görünürdü. Amma məni ən çox təəccübləndirən o idi ki, bu fiqurları silmək asan deyildi. Mən onları adi üsullarla silməyə çalışırdım, lakin yenidən daha parlaq formada görünürdülər.
Mən həmin fiqurların üzərinə yapışqan materialla örtülmüş qara kağız (черная бумага) qoyur və onu yüngülcə sıxırdım. Bu yolla fiqurların çap izlərini almağı bacardım və onların altısını Kral Cəmiyyətində (Королевское общество) təqdim etdim.
Bu yeni görüntü yaratma üsulu (тип получения изображений) məni çox sevindirdi, çünki başqa işlərə tələsirdim və nə bu fiqurları çəkməyə, nə də silməyə nə vaxtım, nə də həvəsim var idi.”
Bu xatirələr Lixtenberqin həm təbiətə, həm də elmə olan marağını, eləcə də elektrik hadisələrini öyrənmək üçün yeni metodlar kəşf etmək bacarığını göstərir.
Alman Poçt Markası (1992): "Georg Christoph Lichtenberqin Doğumunun 250 İlliyi"
Professor Georg Christoph Lichtenberg, öz növbəti təcrübələrində müxtəlif yüksək gərginlikli elektrostatik qurğulardan (высоковольтные электростатические устройства) istifadə edərək müxtəlif dielektrik materialların (диэлектрические материалы), məsələn, qətran (смола), şüşə (стекло), ebonit (эбонит) və s., səthlərini yükləyirdi.
Daha sonra o, yüklənmiş səthlərə kükürd (сера) və qurğuşun dördoksidi (четырёхокись свинца) qarışığından hazırlanmış toz səpirdi. Kükürd (sürtünmə nəticəsində konteynerdən mənfi yüklənən – отрицательно заряжается) səthdəki müsbət yüklü (положительно заряженные) bölgələrə daha güclü cəlb olunurdu.
Eyni şəkildə, sürtünmə ilə müsbət yüklənmiş (положительный заряд) qurğuşun dördoksidinin hissəcikləri səthdəki mənfi yüklü (отрицательный заряд) bölgələrə cəlb olunurdu. Rəngli tozların istifadəsi əvvəllər görünməyən səth yüklərinin (связанные заряды) dəqiq konturlarını göstərməyə və onların polaritesini (полярность) müəyyən etməyə imkan verirdi.
Bu metod Lixtenberqin fiqurların daha aydın şəkildə öyrənilməsi və onların elektrostatik xüsusiyyətlərinin vizual olaraq nümayiş etdirilməsi üçün mühüm addım olmuşdur. Bu, eyni zamanda elektrostatikanın tarixi inkişafında əhəmiyyətli bir kəşf idi.
Professor Georg Christoph Lichtenberg-ə aydın oldu ki, yüklənmiş sahələr (заряженные области) dielektrik materiallarının səthində (поверхности диэлектрических материалов) kiçik statik elektrik qığılcımları (искры статического электричества) tərəfindən formalaşır. Qığılcımlar (искры), dielektrik səthindən (поверхности диэлектрика) keçərkən, səthdəki müəyyən sahələri elektrik yüklü (электрически заряженными) saxlayır.
Dielektrik materiallarının (диэлектрик) səthində yaranmış yüklər (заряды), materialın özünün (сам по себе диэлектрик) yüklərin hərəkətinə və yayılmasına mane olma xüsusiyyətinə görə (препятствует их перемещению и рассеиванию) uzun müddət qalır. Bundan əlavə, Lichtenberg (Лихтенберг) aşkar etdi ki, müsbət (положительные) və mənfi (отрицательные) toz fiqurlarının (фигуры пыли) naxışları (рисунки) əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir.
Müsbət yüklü yüksək gərginlikli çıxışdan (положительно заряженным высоковольтным выводом) yaranan boşalmalar (разряды) ulduzabənzər (звездообразными) uzun və budaqlı (с длинными ветвящимися путями) yollar yaradırdı, o zaman mənfi elektroddan (отрицательный электрод) yaranan boşalmalar (разряды) daha qısa, yuvarlaq, yelpikvari (веерообразными) və qabıq şəklində (похожие на раковины) olurdu.
Lixtenberq kağız vərəqlərini diqqətlə (осторожно) tozla örtülmüş səthlərə (присыпанным поверхностям) tətbiq edərək fiqurları kağıza köçürə bildiyini aşkar etdi. Beləliklə, müasir kseroqrafiya (ксерография) və lazer çapı (лазерная печать) prosesləri (процессы) inkişaf etdi. O, plazma fizikası (физика плазмы) sahəsində yeni bir istiqamət yaratdı, bu elm sahəsi Lixtenberq toz fiqurlarından (пылевых фигур Лихтенберга) təkamül edərək bu günə qədər inkişaf etmişdir.
Növbəti 200 il ərzində bir çox fizik, eksperimentçi və rəssam (физики, экспериментаторы и художники) Lixtenberq fiqurlarını öyrənmişdir. XIX və XX əsrlərdə tanınmış alimlər arasında Gaston Plante və Peter T. Riesz kimi fizika (физики) tədqiqatçıları olmuşdur.
XIX əsrin sonlarında fransız rəssamı və alimi Étienne Léopold Trouvelot, Rumkorf sarğacı (катушка Румкорфа) yüksək gərginlik mənbəyi olaraq istifadə edərək, "Trouvelot fiqurları"nı yaratmışdır. Bu fiqurlar hazırda fotoqrafik Lixtenberq fiqurları (фотографические фигуры Лихтенберга) kimi tanınır.
Digər tanınmış tədqiqatçılar arasında Thomas Burton Kinraid, professorlar Carl Edward Magnusson, Maximilian Toepler, P.O. Pedersen və Arthur von Hippel kimi alimlər də yer alır.
Ən müasir tədqiqatçılar və rəssamlar elektrik boşalmalarının yaydığı zəif işığı birbaşa tutmaq üçün fotoşəkil fotolentdən (фотопленка) istifadə etmişlər.
Zəngin ingilis sənayeçi və yüksək gərginlikli tədqiqatçı Lord William G. Armstrong yüksək gərginlik və Lixtenberq fiqurlarına dair bəzi tədqiqatlarını təqdim etdiyi iki gözəl rəngli kitab nəşr etdirmişdir.
Hal-hazırda bu kitabların sayı az olsa da, Armstrongun ilk kitabı olan "havada və suda elektrik təsirlərinin nəzəri nəticələri" (Электрическое движение в воздухе и воде с теоретическими выводами) Jeff Beharinin yaxşı səyi nəticəsində Elektroterapiya Muzeyində (Музей электротерапии) mövcuddur.
1920-ci illərin ortalarında Von Hippel (фон Хиппель) aşkar etdi ki, Lixtenberq fiqurları əslində korona boşalmaları (коронные разряды) və ya streamer (стримеры) adlanan kiçik elektrik boşalmalarının dielektrik səthinə aşağıdan (снизу) olan mürəkkəb qarşılıqlı əlaqələrinin nəticəsində yaranır.
Elektrik boşalmaları dielektrik səthinin alt hissəsində müvafiq elektrik yükü "naxışları" əmələ gətirir və bu, müvəqqəti olaraq orada saxlanılır. Fon Hippel həmçinin aşkar etmişdir ki, tətbiq olunan gərginliyin artırılması və ya ətraf mühitdəki qaz təzyiqinin azaldılması ayrı-ayrı yolların uzunluğunun və diametrinin böyüməsinə səbəb olur.
Peter Riss (Питер Рисс) aşkar etdi ki, Lixtenberq fiqurunun müsbət (положительная фигура Лихтенберга) diametri, eyni gərginlikdə alınan mənfi fiqurun diametrindən (отрицательная фигура Лихтенберга) təxminən 2,8 dəfə böyükdür.
Lixtenberq fiqurlarının ölçüsünün gərginlik və polarizasiya ilə əlaqəsi, yüksək gərginlikli ölçü və qeydiyyat cihazlarında (высоковольтных измерительных и регистрирующих приборах) istifadə olunmuşdur. Məsələn, klidonoqraf (клидонограф) kimi cihazlarda həm pik gərginliyi (пикового напряжения), həm də yüksək gərginlikli impulsların polarizasiyasını (полярности импульсов высокого напряжения) ölçmək üçün istifadə olunurdu.
Klidonoqraf (клидонограф), bəzən "Lixtenberq kamerası" (камера Лихтенберга) olaraq da adlandırılır, elektrik xətləri üzərində ildırım zərbələri səbəbindən baş verən anormal elektrik sıçrayışları (аномальными электрическими скачками) ilə yaradılmış Lixtenberq fiqurlarının ölçüsünü və formasını fotoqrafik olaraq qeyd edə bilirdi.
Klidonoqraf vasitəsilə ölçmələr 1930 və 1940-cı illərdə ildırım tədqiqatçılarına və enerji sistemlərinin layihəçilərinə ildırımın yaratdığı gərginlikləri dəqiq ölçməyə imkan verdi və bununla da ildırım zərbələrinin elektrik xarakteristikaları haqqında mühüm məlumatlar təqdim etdi.
Bu məlumat enerji mütəxəssislərinə laboratoriya şəraitində oxşar xüsusiyyətlərə malik "süni ildırım" yaratmağa imkan verdi ki, bu da ildırımdan qorunma üçün müxtəlif yanaşmaların effektivliyini yoxlamağa imkan verdi. O vaxtdan etibarən ildırımdan qorunma müasir elektrik enerjisinin ötürülməsi və paylanması sistemlərinin bütün konstruksiyalarının ayrılmaz hissəsinə çevrilmişdir.
Şəkildə müxtəlif amplitudlu müsbət və mənfi yüksək gərginlik keçid proseslərinin polarizasiyasına uyğun olan klidonoqram nümunələri göstərilib. Diqqət yetirin ki, müsbət Lixtenberq fiqurlarının diametri mənfi fiqurlara nisbətən daha böyükdür, baxmayaraq ki, pik gərginliklərin böyüklüyü eyni idi.
Bu cihazın daha müasir versiyası olan teynoqrafda, keçid proseslərinin bir sıra zamanla fərqləndirilmiş "səhnələrini" tutmaq üçün gecikmə xətləri və klidonoqrafa bənzər bir neçə sensorun birləşməsindən istifadə olunurdu. Bu, mühəndislərə yüksək gərginlik keçid proseslərinin ümumi dalğa formasını qeyd etməyə imkan verirdi.
Nəticədə müasir elektron avadanlıqlarla əvəz olunsalar da, teynoqraflar 1960-cı illərə qədər ildırımların davranışını və yüksək gərginlikli ötürmə xətlərindəki keçid proseslərini öyrənmək üçün istifadə olunmağa davam edirdi.
Artıq məlumdur ki, Lixtenberq fiqurları qazların, izolyasiyaedici mayelərin və bərk dielektriklərin elektrik deşilməsi zamanı yaranır. Bu fiqurlar ya dielektrik üzərində çox yüksək elektrik gərginliyinin təsiri altında nanosaniyələr ərzində əmələ gələ bilər, ya da az enerji sərf edən ardıcıl kiçik deşilmələr nəticəsində illər boyu tədricən formalaşa bilər.
Bərk dielektriklərin səthində və ya daxilində baş verən saysız-hesabsız qismi boşalmalar çox vaxt yavaş artan, qismən keçirici ikiölçülü səthi Lixtenberq fiqurlarını və ya üçölçülü daxili "elektrik ağaclarını" yaradır.
İkiölçülü elektrik ağacları çox vaxt elektrik ötürmə xətlərinin çirklənmiş izolyatorlarının səthində rast gəlinir. Üçölçülü ağaclar isə izolyatorların insan gözü ilə görünməyən daxili hissələrində kiçik çirklər, boşluqlar və ya izolyatorun fiziki zədələnmiş sahələrində əmələ gələ bilər. Bu "qismən keçirici elektrik ağacları" nəticədə izolyatorun tam elektrik nasazlığına səbəb ola biləcəyi üçün belə "ağacların" yaranmasının və artmasının qarşısının alınması yüksək gərginlikli avadanlıqların uzunmüddətli etibarlılığı üçün həlledici əhəmiyyət kəsb edir.
Şəffaf plastik içərisində üç ölçülü Lixtenberq fiqurları ilk dəfə 1940-cı illərin sonlarında fiziklər Arnaud Braş və Fritz Lanq tərəfindən yaradılmışdır. Onlar yeni ixtira etdikləri elektron sürətləndiricisindən istifadə edərək, plastik nümunələrə trilyonlarla sərbəst elektron yeritdilər və daxili Lixtenberq fiqurunun formasında elektrik deşilməsinə və kömürləşməsinə səbəb oldular.
Elektronlar – sıxlaşmış maddəni təşkil edən atomların müsbət yüklü nüvələri ətrafında fırlanan kiçik mənfi yüklü hissəciklərdir. Braş və Lange, impuls elektron şüasını sürətləndiricisini idarə etmək üçün nəzərdə tutulmuş çoxmilyonluq Marks generatorundan yüksək gərginlikli impulslar istifadə etmişlər. Onların kondensator əsaslı qurğusu 3 milyon voltluq impulslar yarada bilir və pik cərəyanı 100.000 amperə qədər olan güclü sərbəst elektron boşalmaları təmin edə bilirdi. Güclü cərəyanlı elektron şüası tərəfindən yaradılan güclü ionlaşmış havanın parlaq zonası, göyümtül-bənövşəyi rəngli raket mühərrikinin alovuna bənzəyirdi. Şəffaf plastik blokun daxilindəki Lixtenberq fiqurları da daxil olmaqla, qara-ağ şəkillərdən ibarət tam kolleksiya yaxın zamanda internetdə əlçatan olmuşdur.
Фигуры Лихтенберга: история, физический принцип эффекта