2

利希滕貝格圖樣

生活科學趣談

有一次去資源回收場尋寶時,以200元買了一台報廢的微波爐(依功率可為100~300元),其中的磁控管已燒壞(零件售價1400元)不值得修,但是高壓線圈是好的,因此可拿來玩利希滕貝格圖(Lichtenberg figures

lichtenbergfigures1

先依照這則教學影片將變壓器的接線接好 →〈Making Lichtenberg Figures

lichtenbergfigures2

接好引線後先測試這顆變壓器是否良好,將次級線圈的高壓輸出端接到三用電表的交流電壓最高檔位,初級線圈的110V端使用一顆乾電池以點放方式輸入脈衝電流,如果三用電表顯示爆表的數值,表示這顆變壓器是好的

接下來調配協助導電的水溶液,建議使用小蘇打(雖然食鹽亦可,但電解食鹽水時,只要濃度超過0.01M就會產生有毒的氯氣,因此不建議),以一量杯(250毫升)加入一大匙(15毫升)小蘇打粉的比例來調製導電液,並將其以毛刷(或噴霧器)刷在木板上。然後將次級線圈的零線固定在木板的一端,次級線圈的2KV端黏在PVC水管的前端,手持PVC管的末端來作畫。在繪製利希滕貝格圖時,須留意不要讓兩邊的枝狀圖案連在一起,這可能會造成電流過大而導致配電箱跳電

Lichtenberg 圖樣是以德國物理學家 Georg Christoph Lichtenberg 而命名,他在1777年觀察到當將高電壓放電到絕緣體的表面時,透過碳粉噴灑到表面可觀察到徑向的放電圖案。然後將空白紙張壓在這些圖案上就能複製這些圖像,這就是後來靜電影印術的原理

lichtenbergfigures3

隨後的研究也觀察到當電壓達到能擊穿電介質時,丙烯酸塊突然變成能導電,並且射入內部的電荷會像閃電一樣突然迸出而產生枝狀圖案,並且留下永久性的無數條裂縫。下則影片是丙烯酸樹脂通以220萬伏特高壓,其峰值放電電流超過6,000安培

這種效應不僅能發生在丙烯酸樹脂中,它也會發生在被雷擊者的皮膚上→The Fractal Patterns of Lightning Strike Scars,閃電也是大自然中出現的立體希滕貝格圖樣

lichtenbergfigures4

警語:
高壓電十分危險,本實驗切勿在電源接通時碰觸木板或導線,否則會有嚴重的後果,並應妥善做好與高壓電絕緣之安全防護措施(穿著絕緣鞋和絕緣手套、不獨自實驗、右手單手操作高壓電極、接觸導線之前仔細檢查變壓器插頭是否已拔開)。

延伸閱讀

利希滕貝格圖樣臉書社團:Lichtenberg Figure Art