Ce este o figură Lichtenberg?

O figură Lichtenberg este o formă de descărcare electrică care are un model ramificat, asemănător unei pene. Este numit după un fizician german din secolul al XVI-lea, Georg Christoph Lichtenberg, căruia i se atribuie descoperirea modelului. Ieșirea generată într-o figură Lichtenberg este considerată a fi o formă de fractal, care sunt modele în natură care se repetă la o scară din ce în ce mai mică, demonstrând o proprietate cunoscută sub numele de auto-similaritate.

Știința contemporană a fizicii plasmei se bazează pe principii fundamentale implicate în crearea descărcărilor electrice ramificate, cum ar fi figura Lichtenberg. Fractalii, sau structura electrică a energiei care sunt create atunci când se formează o figură Lichtenberg, se datorează proprietăților fizice ale dielectricilor. Dielectricii este studiul defectării electrice pe măsură ce curenții de înaltă tensiune sunt trecuți printr-un izolator sau o substanță care poate menține un câmp electric cu pierderi reduse de putere.

Xerografia, sau procesul utilizat de aparatele de fotocopiere, se bazează, de asemenea, pe principiile descărcării electrostatice revelate pentru prima dată în figura Lichtenberg. Unul dintre aspectele unice ale lucrării lui Georg Lichtenberg cu aceste figuri a fost că a descoperit că sarcinile pozitive și negative prezintă tipuri foarte diferite de tipare. O figură cu încărcare pozitivă tinde să fie puternic ramificată și multistratificată, în timp ce o figură încărcată negativ seamănă mai mult cu modelul de unde circulare în expansiune pe care îl vedeți când aruncați o piatră într-un iaz. Tehnologia de fotocopiere se bazează pe diferența dintre sarcinile pozitive și negative pentru a transmite imaginile pe hârtie.

Inițial, Georg Lichtenberg folosea medii pentru a genera o figură, cum ar fi izolatorii din rășină sau sticlă, acoperiți cu un strat subțire de conductori pulberi de sulf sau tetroxid de plumb. Aceste prime afișaje sunt cunoscute sub numele de Lichtenberg Dust Figures. Încărcăturile de suprafață au apărut în stratul de pulbere, similar cu ceea ce se vede când pilitura de fier se aranjează într-un model în prezența unui câmp magnetic. Figura Lichtenberg semăna mai mult cu un model de fulger natural cu o descărcare mai uniformă de energie dintr-un centru circular care se ramifică spre exterior.

Pe măsură ce cercetările asupra proprietăților figurii Lichtenberg au continuat în secolele al XIX-lea și al XX-lea, medii precum filmul fotografic și gazele ionizate au fost mai târziu folosite pentru a afișa descărcările electrice ramificate. O metodă curentă de generare a unei figuri Lichtenberg este utilizarea blocurilor din plastic acrilic ca izolatori prin care trece o tensiune foarte mare, în intervalul de 19 de kilowați, de la un accelerator liniar. Acest proces generează fascicule de electroni de până la 20 milioane de electroni volți (MeV), care sunt capabile să pătrundă până la aproximativ 150 inchi (5 cm) în baza acrilică înainte de a fi oprite. Prin rotirea blocului acrilic sau încărcarea mai multor regiuni, poate fi creată o figură tridimensională elaborată. Cercetarea figurilor Lichtenberg poate avea multe aplicații practice în medicină, electronică și multe altele și este, de asemenea, un efect secundar al cercetării fuziunii nucleare de la Sandia National Laboratory’s Z Facility, din New Mexico, Statele Unite.