Valid HTML 4.01 Transitional

Ověřit CSS!
Mapa webu     Kontakt     Chyba?

Glossary ico
         Glosář

Náhodný výběr:

Zvědavá rostlinka
26.8.2010
Zvědavá rostlinka

On... jen on!
28.8.2010
On... jen on!



Recept na Lichtenbergovy obrazce domácí výroby

Detail Lichtenbergova obrazce

Lichtenbergovy obrazce jsou struktury, které tvoří trajektorie nábojů v/na látce. Lidsky řečeno, takový Lichtenbergův obrazec je geometrický útvar, který ukazuje, kudy se elektrický náboj prodírá hmotou, nebo kudy se plazí po povrchu tělesa. Nejprve mi však, milý čtenáři, dovol povyprávět ti, jak jsem se vlastně k výrobě Lichtenbergových obrazců, kterými se tento článek zabývá, dostal. To bylo totiž tak, že jsem se jednou ve čtyři hodiny ráno probudil. Bylo to dva dny před státnicí z fyziky, na které jsem měl i obhajovat svou bakalářskou práci s názvem "Elektrostatické generátory". Nějakou dobu jsem přemýšlel, jak svoji obhajobu ozvláštním - jednak nemám tak úplně ve zvyku dělat věci obvyklými způsoby, a jednak jsem odkudsi zaslechl, cituji: "... myslím, že Vaše vystoupení na obhajobě bude zážitkem." A tak jsem si řekl, že na zážitky je třeba účastníky upamatovat. A právě v tu časnou ranní hodinu, po týdnech strávených učením, přišla múza. Napadlo mě vyrobit malé Lichtenbergovy obrazce, které by se daly nějakým způsobem konzervovat a mohly zůstat každému členu zkoušecí komise. No a tak jsem se jal vstát z lože a rozebrat stařičkou televizi Tesla Pluto...

Bylo mi jasné, že v domácích podmínkách mi chybí jeden podstatný kousek vybavení - nějaký kapesní lineární urychlovač částic, kterým bych mohl nastřílet elektrony do objemu plexisklového válečku či kvádru, abych mohl vyrobit nádherný trojrozměrný Lichtenbergův obrazec, jaké možná znáte z profesionálních dílen. Na uvedeném odkazu můžete i zjistit více o tom, jak trojrozměrné Lichtenbergovy obrazce vznikají. Co se však přímo nabízelo, bylo vyzkoušet experiment, který jsem popisoval v samotné bakalářské práci - výrobu plošných Lichtenbergových obrazců na povrchu dielektrika. Tento postup je zdokumentován ve starší odborné literatuře jako demonstrační experiment pro základní a střední školy. Na internetu se mi podařilo najít podobné postupy, ale v nevelkém množtví výskytů. Obvyklý algoritmus zněl: umísti kovový hrot proti povrchu dielektrika, vytvoř statickou elektřinu a vybij ji do hrotu, opatrně foukej prášek z toneru přes místo styku hrotu s povrchem. Trochu jsem tedy experimentoval, nebyl spokojen, a tak jsem vyvinul jednodušší postup, jak dosáhnout podobného výsledku (v negativu oproti postupům popisovaným). Jak to celé tedy zařídit?

Výrobní postup

Uspořádání aparatury

Aparaturu uspořádáme podle obrázku vedle tohoto odstavce. Na zem nebo jinou vhodnou podložku položíme plochou kovovou desku. Tu uzemníme - nejlépe na kolíček zásuvky. Na tuto desku položíme dielektrikum, na kterém chceme Lichtenbergův obrazec vytvořit - skvěle funguje plexisklo, já jsem pracoval s obyčejnými podložními sklíčky do mikroskopu. Na tloušťce dielektrické vrstvy příliš nesejde, ale je-li příliš malá, prorazí se dielektrikum příliš silným elektrickým polem, a naopak, je-li příliš velká, obrazce budou slábnout. Proti povrchu pak kolmo postavíme kovový hrot (obyčejný špendlík postačí), který dobře izolujeme od zamě. Na tento hrot připojíme vývod zdroje vysokého napětí (konkrétně jsem použil vysokonapěťový transformátor z televize Tesla Pluto, ale lze použít téměř jakýkoli elektrostatický výboj - to ještě okomentuji dále). Tím je hotova mechanická příprava, nyní je třeba nanést na povrch dielektrika vizualičaní médium - Lichtenbergův obrazec by totiž na povrchu vzniknul tak či tak, ale nebyl by viditelný. Proto musíme použít ekvivalent onoho toneru zmiňovaného výše.

Uspořádání reálné aparatury

Protože tonerový prášek je relativně drahou substancí, hledal jsem jinou alternativu. Můžete zkoušet experimentovat s lecčíms, co doma najdete, ale já jsem použil křídový prach. Ten jsem vyrobil tak, že jsem obyčejnou bílou křídu přiložil k rychle rotujícímu disku smirkového papíru. Na obrázku vedle si můžete povšimnout podivného kónického přístroje, od kterého vede kabel do zásuvky. To je obyčejný motor z mixéru upevněný v papírovém kónu a opatřený tím smirkovým diskem. Pokud takového strašáka doma nemáte (a já doufám, v zájmu Vašeho vlastního bezpečí, že nemáte), můžete použít obyčejnou brusku, úhlovou brusku, pásovou brusku, ... prostě něco, co umožňuje rychlý pohyb abrazivního média, abyste křídu opravdu rozprášili na jemný prach, ne roztrhali na jemné úlomky, jak se to děje například při psaní na tabuli. Tyto malé odštěpky totiž velmi sníží rozlišení výsledného obrazce. Pracujte nanejvýš opatrně a nedovolte Vámi zvolenému přístroji místo křídy ukousnout Vaše prsty. Jakmile rovnoměrně pokryjete povrch dielektrika kolem hrotu křídovým prachem, ruce pryč. Jednak je rozumné nechat trochu sednout prach v okolí, protože dýchat ho není tak úplně zdravé, a jednak přichází chvíle, kdy konečně zapneme zdroj vysokého napětí.

Aparatura těsně po zapnutí

Pokud používáte elektrostatický generátor (např. Van de Graaffův či indukční elektriku) nebo třeba jen plechovku nabitou pomocí tření tyčí kusy látky, jste obvykle v bezpečí (až na případy generátorů s velkými Leydenskými láhvemi). Pokud však jdete cestou televizního transformátoru, na tomto místě je třeba dbát nesmírné opatrnosti! V žádném případě se nedotýkejte žádné kovové části aparatury a buďte připraveni kdykoli vytrhnout přívod zdroje ze zásuvky. Myslím to vážně, takový zásah televizním transformátorem o napětí řádově desítek kV a možném špičkovém proudu v řádech až stovek mA může být smrtelný. Když tedy zapneme zdroj vysokého napětí (nebo vybijeme generátor do hrotu), pozorujeme okamžitý vznik Lichtenbergova obrazce kolem hrotu, jak vidíte na obrázku. V tento okamžik vypneme VN zdroj a vytáhneme ho ze zásuvky. Počkáme než se soustava (kvůli možným parazitním kapacitám) vybije a opatrně odejmeme hrot a odstraníme dielektrikum.

Polotovary

To, co by mělo vzniknout, vypadá asi tak, jak vidíte na obrázku - prostě sklíčko pokryté tenkou vrstvičkou křídového prachu s Lichtenbergovým obrazcem v místě dotyku hrotu. Na tomto místě mohu zmínit jeden estetický trik, malířům pokojů dozajista dobře známý - nepotřebujete-li mít ve výsledku celý povrch kousku dielektrika zaprášený (a to nepotřebujete, pokud chcete obrazec uchovat pro další generace, protože musíte obrazec něčím přikrýt a to něco k dielektriku přilepit), není nic snazšího než nalepit na něj kus lepící pásky, kterou následně, po vytvoření obrazce, opatrně strhnete. S těmito polotovary je třeba nakládat velmi opatrně a pomalu. Křídový prach totiž snadno smetete nebo odfouknete, což má jediný následek - můžete dielektrikum utřít suchým hadříkem a celý proces opakovat. Takovéto obrazce jsou velmi náchylné k poškození, proto bude naším cílem nějak je konzervovat, aby vydržely déle. Tekuté konzervační substance nepřicházejí v úvahu, protože jejich aplikace by obrazec dokonale zničila, proto jsem zvolil cestu nejjednodušší.

Hotový suvenýr

Polotovar jsem prostě překryl druhým podložním sklíčkem do mikroskopu. Konce pásků jsem zakápl sekundovým lepidlem a po opatrném přiložení silně přitiskl na půlminutku k sobě. Tím se obrazec stane relativně mechanicky odolným (pokud jste sklíčka dobře přitiskli, prach zůstane na místě a nesesype se ani při bočním nárazu výrobku). Na závěr jsem ještě spoj sklíček zatavil tavnou hmotou, abych omezil vliv vlhkosti (křídový prach je náchylný k vlhkosti, takže ta by mohla výrobek časem zničit).

Celá první série

Při lepení je vhodné dávat dobrý pozor na velikost aplikované kapky lepidla. Pokud se totiž stane, že lepidlo po přitisknutí sklíček vteče do oblasti křídového prachu, vytvoří v něm nehezké průhledné stopy. Tímto jsme hotovi- máme konzervovaný Lichtenbergův obrazec, z nichž každý je unikátem. Velikost obrazců se také silně řídí přiloženým napětím. Obrazce příčného rozměru zhruba podložního sklíčka do mikroskopu (asi 25 mm) se mi podařilo vytvořit se zhruba 10 kV. Když jsem experimentoval s obrazci při 110 kV (ty mi dodal elektrostatický generátor zkonstruovaný v rámci bakalářské práce), dostal jsem obrazce se zhruba 15 cm v průměru. Obrazce se také liší dle polarity přiloženého vysokého napětí.

Nezbývá mi než popřát Vám mnoho zdaru a zábavy při experimentování a důrazně se zříci veškeré odpovědnosti za škody na majetku i zdraví způsobené nesprávným provedením experimentu. POKUD NEVÍTE, PTEJTE SE! Od toho je tu diskuze, a zeptat se bolí méně než popálenina třetího stupně. Vědě zdar, fyzice obzvláště!

Váš Šíma




Diskuze:
Přezdívka: Text:
Ověřovací kód: 0 + 4 =
Veškerý obsah, design a kód jsou duševním vlastnictvím autora!
V případě zájmu o využití jejich částí k jiným než soukromým účelům, mě neváhejte kontaktovat na:
e-mailu: simahnyk@seznam.cz
ICQ: 301-524-126     status