⚡️ Фигуры Лихтенберга — картины распределения искровых каналов, которые образуются на поверхности твёрдого диэлектрика при скользящем искровом разряде. Простым языком, это линии, похожие на молнии или ветви деревьев. Они появляются на многих естественных поверхностях, не пропускающих электричество — от древесины до кожи человека.

Фигуры Лихтенберга возникают на/в твёрдых телах, жидкостях и газах или внутри них во время электрического пробоя. Это природные явления, обладающие фрактальными свойствами. Фигуры Лихтенберга названы в честь немецкого физика Георга Кристофа Лихтенберга, который первым их открыл и изучил. Когда их впервые обнаружили, считалось, что их характерные формы могут помочь раскрыть природу положительных и отрицательных электрических «жидкостей».

В 1777 году Лихтенберг сконструировал большой электрофор для получения высокого напряжения статического электричества с помощью индукции. После разряда высоковольтной точки на поверхность изолятора он записал полученные радиальные узоры, посыпав поверхность различными порошкообразными материалами. Затем, прижав к этим узорам чистые листы бумаги, Лихтенберг смог перенести и записать эти изображения, тем самым открыв основной принцип современной ксерографии. Это открытие также стало предвестником современной науки физики плазмы. Хотя Лихтенберг изучал только двумерные (2D) фигуры, современные исследователи в области высоких напряжений изучают 2D и 3D фигуры (электрические деревья) на изолирующих материалах и внутри них.

Физика процесса: Почему ветвится?

1. Пробой и стримеры: Под действием высокого напряжения электроны с острия катода начинают «вырываться» и ускоряться. Они сталкиваются с молекулами воздуха и дерева, выбивая новые электроны. Возникает лавина — стример. Это слабосветящийся канал ионизированного газа.
2. Случайность и предопределённость: Куда побежит следующий стример? Это зависит от локальной напряжённости электрического поля. В древесине всегда есть микронеоднородности: разная плотность, влажность, следы смолы. В этих местах поле усиливается, и пробой происходит именно там.
3. Эффект «опережающей струи» (The Streamer Leader Effect): Основной канал не движется вслепую. От его кончика постоянно исходят микро-стримеры-разведчики. Тот из них, кто находит путь с наименьшим сопротивлением, становится главным направлением для всей мощи разряда. Так и рождается фрактальная, древовидная структура.

⚡️ Цвет рассказывает историю. Ярко-белые или голубоватые участки в центре ветвей — это углерод, выгоревший при сверхвысокой температуре. Более светлые, почти жёлтые края — это часто частицы металла от электродов, испарившиеся и перенесённые разрядом. По цвету можно грубо определить температуру в разных зонах разряда.

⚡️ Это не только на дереве. Первооткрыватель, Георг Кристоф Лихтенберг, в XVIII веке получал их на поверхности смолы или стекла, посыпанной порошком (серы или сурика). Электроны «застревали» в диэлектрике, создавая скрытое изображение, которое проявлялось порошком. По сути, это была первая в истории электрофотография — прабабушка ксерокса.

⚡️ L-образные фигуры и природа электричества. Лихтенберг экспериментировал с разными типами электричества: «положительным» (от смоляных палочек) и «отрицательным» (от стеклянных). Он обнаружил, что они дают разные узоры! Отрицательные (от катода) — более ветвистые и кружевные, а положительные (от анода) — более плотные, пятнистые, иногда в форме розетки. Это связано с разной подвижностью электронов и положительных ионов.

⚡️ Фигуры в теле. При ударе молнии или контакте с высоковольтной линией такие же фигуры могут на несколько часов или дней проявиться на коже человека. Это результат подкожного кровоизлияния по пути пробоя. Явление называется «кераунография» (от греч. «кераунос» — молния). Это не ожог, а жутковатый «автограф» электрического разряда, идущего по сосудам. #физика #опыты #эксперименты #наука #science #physics #электродинамика #магнетизм #видеоуроки #схемотехника #радиофизика

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

✨ Светящаяся тайна: радиоактивное наследие советской эпохи в камере Вильсона

Речь идет о старых советских компасах, часах и других приборах (особенно военных и авиационных), циферблаты которых светились в темноте. Это свечение было не просто краской. Это была радиолюминесцентная краска на основе радия-226 (Ra-226). Того самого радия, который открыли Мария и Пьер Кюри.

Радий-226 — мощный альфа-излучатель. Его частицы бомбардировали люминофор в краске, заставляя его светиться ровным зеленым светом без подзарядки от солнца. Это было практично и надежно, но имело обратную сторону: радий распадается на радон, а сама краска со временем может трескаться и пылить, создавая потенциальную опасность при вдыхании. Но настоящую магию этого скрытого излучения можно увидеть только с помощью специального прибора — камеры Вильсона.

Камера Вильсона — это простой, но гениальный детектор частиц. В ней создается перенасыщенный пар, и когда заряженная частица (как альфа-частица от радия) пролетает через него, она оставляет за собой след из капелек, как самолет в небе.

На этом видео старый советский компас поместили в камеру Вильсона. И то, что невидимо для наших глаз, внезапно ожило! Компас буквально расцвел белыми треками — это и есть видимые следы альфа-частиц, которые испускают атомы радия из своей "безобидной" на вид светящейся краски. Для коллекционера такой предмет, находящийся в неповрежденном состоянии и снаружи, как правило, не представляет серьезной сиюминутной угрозы. Главная опасность — в вдыхании или проглатывании частичек отслоившейся краски. Но это лишний повод обращаться с такими артефактами аккуратно и хранить их в проветриваемом помещении. Наука — это инструмент, который позволяет увидеть невидимое и напомнить о сложном наследии технологического прогресса. #физика #physics #опыты #эксперименты #фотоэффект #радиоактивность #ядерная_физика #атомная_физика

📕 Радиоактивность [2013] Алиев Р.А., Калмыков С.Н.

☢️ Атом: энергия мира [2024]

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib

✨ Конденсационная камера — принцип действия и источник альфа-частиц
😖 Конденсационная камера — радиационный фон

Камера Вильсона (конденсационная камера, туманная камера) — координатный детектор быстрых заряженных частиц, в котором используется способность ионов выполнять роль зародышей капель жидкости в переохлажденном перенасыщенном паре.

Для создания переохлаждённого пара используется быстрое адиабатическое расширение, сопровождающееся резким понижением температуры.

Быстрая заряженная частица, двигаясь сквозь облако перенасыщенного пара, ионизирует его. Процесс конденсации пара происходит быстрее в местах образования ионов. Как следствие, там, где пролетела заряженная частица, образуется след из капелек воды, который можно сфотографировать. Именно из-за такого вида треков камера получила свое английское название — облачная камера (англ. cloud chamber).

Камеры Вильсона обычно помещают в магнитное поле, в котором траектории заряженных частиц искривляются. Определение радиуса кривизны траектории позволяет определить удельный электрический заряд частицы, а, следовательно, идентифицировать её.

Камеру изобрел в 1912 году шотландский физик Чарльз Вильсон. За изобретение камеры Вильсон получил Нобелевскую премию по физике 1927 года. В 1948 за совершенствование камеры Вильсона и проведенные с ней исследования Нобелевскую премию получил Патрик Блэкетт. #физика #радиактивность #physics #science #ядерная_физика #видеоуроки #наука #опыты #эксперименты

🖥 How Scientists Discovered Atoms? // Как ученые открыли атомы?

💫 Тайна вещества. Научно-популярный фильм СССР 1956 г.

🔥 В СССР делали радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГи).

💡 Physics.Math.Code // @physics_lib