雷をブロックに閉じ込める

このような美しい電荷パターンを作成するには、巨大粒子加速器を使用できます。 しかし、毛むくじゃらのカーペットでも大丈夫です。

セオドア・グレイ著 | 2008 年 2 月 15 日午後 11 時 06 分 (EST) に公開

オハイオ州ニュートンフォールズの周囲には、アーミッシュのバギー用のヒッチポストを備えたウォルマート、丘の上にヘリコプターと戦車が誇らしげに配置された陸軍基地など、珍しいものがたくさんありますが、私がここに来たのは、すべての中で最も珍しいもの、地元のダイナミトロンです。 冷凍稲妻を作るためにここに来ました。

ケント州立ネオビーム施設のダイナミトロンは、4 階建て、500 万ボルトの粒子加速器で、真空管テレビによく似ていますが、サイズが大きいだけです。 (はい、真空管テレビは国産の粒子加速器です。) ダイナミトロンもテレビも、高電圧と磁石を使用して電子をターゲットに叩きつけます。 テレビの場合、それは蛍光体スクリーンです。 このダイナミトロンでは、通常、プラスチック製の配管コンポーネントがビームによって硬化されます。 しかし、私が元電気技師のバート・ヒックマンと物理学者のビル・ハサウェイとキム・ゴインズのチームに加わったとき、その製品はリヒテンベルグのフィギュアであり、透明なアクリルのブロックに永久に記録された稲妻でした。

ダイナミトロンは 1 日レンタルされ、約 300 万ボルトに調整されており、厚さ 0.5 インチのアクリル板の半分ほどに電子を発射します。 プラスチックは非常に優れた絶縁体であるため、内部に電子を閉じ込めます。 マシンから出たブロックは何ら変わっていないように見えますが、外に出ようと必死になっているスズメバチの巣状の電子が閉じ込められています。

電子は放っておくと何時間も閉じ込められたままになりますが、鋭い先端でノックするとすぐに脱出できる道が開かれます。 電子はブロックのすべての部分から集まり、結合して出口点に向かう途中でますます大きな電流の流れを形成します。 装薬が離れると、発熱し、分岐した軌跡に沿ってプラスチックに損傷を与え、その経路に永久的な痕跡を残します。 稲妻が出現する数ナノ秒前に雷雲の内部を見ることができれば、同じようなパターンが見えるでしょう。 ボルトは完全に完成した状態で現れるわけではありません。 クラウド全体から電荷を収集する必要があります。

コピー機やプリンターのトナー パウダーと一般的な静電気源を使用して、永続的ではないにせよ、同様のリヒテンベルグ図を作成できます (下記を参照)。 これは、ドイツの科学者ゲオルグ・クリストフ・リヒテンベルクが 18 世紀後半に初めてこれを行った方法であり (彼は粉末硫黄を使用しました)、当時、電気の歴史における偉大な発見の 1 つを表していました。 現在、この数値は放電について学ぶのに最適な方法であり、非常に高価な機械を使った午後の素敵なお土産にもなります。

リヒテンベルグ自身が 1777 年に行ったように、細かい塵からリヒテンベルグの人形を作成します。

1.鋭い金属の先端を絶縁材のシートの中心に接触するように置きます。 (リヒテンベルグは樹液から作られた樹脂を使用しましたが、現在では透明なアクリルがうまく機能します。)

2.ウィムズハースト マシン (上図)、ヴァン デ グラーフ ジェネレーター、または毛足の長いカーペットの上で激しく足を引きずって静電気を蓄積させ、指またはマシンの電極で金属の先端に触れて静電気を放電させます。 これにより、プラスチック上に孤立した電荷のパターンが形成されます。 リヒテンベルグの人物がそこにいます。 あなたにはそれが見えないだけです。

3.コピー機のトナーを表面に吹き付けます。 静電気でくっつき、美しいリヒテンベルグの姿が現れます。 リヒテンベルグの発見は最終的に、言葉と画像のパターンで充電されるコピー機とレーザー プリンターの発明につながりました。

この話は更新されました。 これはもともとポピュラー サイエンス誌の 2008 年 3 月号に掲載されました。