デジタルカメラで放電を記録する方法

静電気によって作られたパターンの記録は、1777 年にゲオルグ・リヒテンベルクによってこの技術が発明されたことに遡ります。 彼がこのパターンを最初に観察したため、それらはリヒテンベルク図形と呼ばれます。

私が火花の記録に初めて興味を持ったのは、古い X 線フィルムにいくつかの興味深い静電気放電が記録されていることに気づいたときでした。 これらのパターンが静電気の結果としてフィルムに記録されることがあるということは知っていましたが、これほど豊かな歴史があり、電気の理解に重要な役割を果たしているとは知りませんでした。 2008 年までに、私は X 線フィルムを使ったいくつかの有望な実験を実施しました。 2018年、ようやく短い記事を書く時間ができました。

2018年の秋、オランダでの会議に出席していた際、タイラー博物館を訪れる機会がありました。 ツアー中に、1784 年 12 月に設置された巨大な静電装置のおかげで、博物館が電気火花パターンの研究に大きく貢献したことを知りました。私は、高さ 2 メートルを超える巨大な静電発生装置に畏敬の念を抱きました。 部屋の片隅で、巨大な静電機械の溶融ピッチによって作成されたリヒテンベルグパターンを示すオリジナルの銅のエッチングに気づきました。 私は、フィルムとデジタル カメラの両方を使用して電気パターンを記録するプロジェクトを再検討するためのメモを作成しました。

リヒテンベルグ図は、空気またはプラスチックが絶縁破壊を起こし、高電圧が材料を通過するときに、10 億分の 1 秒 (ナノ秒) 以内に作成されます。 このプロセスは、エアギャップ高速写真フラッシュを動作させるために必要です。 このプロセスを理解することで、超高速エアギャップ フラッシュの動作が可能になります。 これらのタイプのフラッシュは、飛行中の弾丸を捕捉するなどの高速アプリケーションに使用されます。

リヒテンベルグ図形の作成は、高電圧パルスが材料に接触したときに発生します。 ほとんどの場合、高電圧パルスと接触する材料は室内条件では絶縁体です。 高電圧と地面の間の距離が十分に短い場合、電気は空気をイオン化し、空気を導電性プラズマに変えます。 導電性プラズマにより電気が伝わります。

電気が空気中を伝わると、空気は加熱され続けます。 電気が多すぎると空気が高温になり、音速を超えて膨張し、大きな騒音が発生します。 これは稲妻が雷を引き起こすプロセスですが、より大規模なものです。 ここの画像は、熱せられた空気（プラズマ）が光を発する記録です。 光は空気のみから、または空気のマテリアルの表面から発せられます。 異なる材料の表面効果により、異なる色の異なる形状のリヒテンベルグ像が得られます。 この数値は、伝導、材料の静電容量、電界の強さ、およびその他のいくつかの要因によって異なります。

従来の電気回路では、電荷は回路の正の電位から負の電位に移動します。 この表記は、電子が発見される前の時代から残っています。 電子は移動電荷であり、エネルギーの流れを担うことがわかっています。 実際には、高電圧のプラスのスパークにより、フィルム内の電子のドレインが作成されます。 電子はできるだけ早く一緒に流れます。 電子の流れとその結果生じるコロナ放電は信じられないほど速く、数百ナノ秒でリヒテンベルグパターンを形成することが判明しました。

正の火花放電は、負の火花放電とは見た目が異なります。 フィルムの材料が正電荷の電子源であることがわかりました (つまり、フィルム内の電子は正極に移動します)。 マイナスのスパークは、フィルムの表面全体に流れ出す電子の源です。 新しいフィルムシートを接地された実験に置くと、毎回特徴的なパターンが得られます。 実験の結果は、フィルム上に未知の残留電荷がいつ蓄積するかは明らかではありません。 その結果、多くの場合、プラスとマイナスの放電が混在します。 これらの実験は特に美しく驚くべき結果を生み出すと思います。