Diferencia entre revisiones de «Figuras de Lichtenberg»
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[[Archivo:PlanePair2.jpg|thumb|256px|Moderna Figura de Lichtenberg tridimensional o "[[arborescencia eléctrica]]" dentro de un bloque de acrílico ([[PMMA]]) transparente. Se cree que el patrón de descarga se extiende como [[fractal]] aun hasta el nivel molecular. Tamaño real: 76 mm × 76 mm × 51 mm.]] |
[[Archivo:PlanePair2.jpg|thumb|256px|Moderna Figura de Lichtenberg tridimensional o "[[arborescencia eléctrica]]" dentro de un bloque de acrílico ([[PMMA]]) transparente. Se cree que el patrón de descarga se extiende como [[fractal]] aun hasta el nivel molecular. Tamaño real: 76 mm × 76 mm × 51 mm.]] |
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Las '''figuras de Lichtenberg''' (''Lichtenberg-Figuren'', o ''Lichtenberg Dust Figures'') son imágenes producidas por [[Descarga eléctrica|descargas eléctricas]] ramificadas, arborescentes, que a veces se forman sobre la superficie o en el interior de materiales aislantes ([[dieléctrico]]s).<ref name="teslamania">[http://lichdesc.teslamania.com ¿Qué son las figuras de Lichtenberg, y cómo pueden crearse?] (en inglés)</ref> Se llaman así por el físico alemán [[Georg Christoph Lichtenberg]], quien inicialmente las descubrió y las estudió.<ref name="teslamania" /> Al comienzo él pensó que esas formas características podrían ayudar a revelar la naturaleza de los "fluidos" eléctricos positivo y negativo, como se imaginaba la electricidad en esa época.<ref name="heilbron">{{cita libro |
Las '''figuras de Lichtenberg''' (''Lichtenberg-Figuren'', o ''Lichtenberg Dust Figures'') son imágenes producidas por [[Descarga eléctrica|descargas eléctricas]] ramificadas, arborescentes, que a veces se forman sobre la superficie o en el interior de materiales aislantes ([[dieléctrico]]s).<ref name="teslamania">[http://lichdesc.teslamania.com ¿Qué son las figuras de Lichtenberg, y cómo pueden crearse?] (en inglés)</ref> Se llaman así por el físico alemán [[Georg Christoph Lichtenberg]], quien inicialmente las descubrió y las estudió.<ref name="teslamania" /> Al comienzo él pensó que esas formas características podrían ayudar a revelar la naturaleza de los "fluidos" eléctricos positivo y negativo, como se imaginaba la electricidad en esa época.<ref name="heilbron">{{cita libro |
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| apellidos = Heilbron |
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| nombre = John L. |
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| capítulo = III, cap. 2 |
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| urlcapítulo = http://www.gobcan.es/educacion/3/Usrn/fundoro/archivos%20adjuntos/publicaciones/SR2002_Capitulos/Parte_III/III_2_SR2002_web.pdf |
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| fechaacceso = 9 de noviembre de 2009 |
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⚫ | }}</ref> En 1777 Lichtenberg construyó un gran [[electróforo]] capaz de generar altas [[Tensión eléctrica|tensiones]] de [[Electrostática|electricidad estática]] mediante un proceso de [[Inducción electromagnética|inducción]] eléctrica. Después de producir una descarga de alta tensión sobre un punto de la superficie de un material aislante, Lichtenberg hacía visibles los patrones radiales arborescentes mediante polvos coloreados que se fijaban sobre las cargas electrostáticas. Luego presionaba hojas de papel en blanco sobre las figuras ramificadas, lo que las transfería al papel y le permitía conservarlas. Así descubrió el principio básico que luego se emplearía en las [[Fotocopia|fotocopiadoras]] e impresoras por [[xerografía]].<ref>{{cita web| |
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| urlarchivo = https://web.archive.org/web/20091009130827/http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/3/Usrn/fundoro/web_fcohc/005_publicaciones/actas_congresos/romanticismo.htm |
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título=La historia de la xerografía (en inglés) | |
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autor=Xerox Corporation | |
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Aunque Lichtenberg sólo estudió las figuras bidimensionales que se producían en la superficie de los dieléctricos, los modernos investigadores de las altas tensiones estudian las figuras ([[Arborescencia eléctrica|arborescencias eléctricas]]) bi y tridimensionales, sobre y dentro de los materiales aislantes. Las figuras de Lichtenberg ahora también se emplean como ejemplos de [[fractales]]. |
Aunque Lichtenberg sólo estudió las figuras bidimensionales que se producían en la superficie de los dieléctricos, los modernos investigadores de las altas tensiones estudian las figuras ([[Arborescencia eléctrica|arborescencias eléctricas]]) bi y tridimensionales, sobre y dentro de los materiales aislantes. Las figuras de Lichtenberg ahora también se emplean como ejemplos de [[fractales]]. |
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== Figuras de Lichtenberg bidimensionales == |
== Figuras de Lichtenberg bidimensionales == |
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Pueden producirse figuras de Lichtenberg bidimensionales colocando perpendicularmente la punta afilada de una aguja sostenida por una estructura aislante, sobre la superficie de una placa de material no conductor, como resina, ebonita o vidrio. La punta debe ubicarse muy cercana o en contacto con la superficie. Luego debe aplicarse una fuente de alta tensión a la aguja, mediante un salto de chispa. Esta fuente puede ser una [[botella de Leyden]] previamente cargada (es un antiguo tipo de [[condensador eléctrico]]), o sino un generador de electricidad estática, por ejemplo un [[electróforo]], una [[máquina de Wimshurst]] o un [[generador de Van de Graaff]]. Esto creará una brusca [[Descarga electrostática|descarga eléctrica]] hacia la superficie de la placa aislante, que depositará áreas de carga estática sobre ella. Estas áreas pueden luego visualizarse sobre la placa aislante mediante la dispersión de una mezcla de ''flor de azufre'', que es [[azufre]] finamente pulverizado, de color amarillo pastel, con polvo de [[minio]] (tetróxido de plomo, Pb<sub>3</sub>O<sub>4</sub>), de color rojo. |
Pueden producirse figuras de Lichtenberg bidimensionales colocando perpendicularmente la punta afilada de una aguja sostenida por una estructura aislante, sobre la superficie de una placa de material no conductor, como resina, ebonita o vidrio. La punta debe ubicarse muy cercana o en contacto con la superficie. Luego debe aplicarse una fuente de alta tensión a la aguja, mediante un salto de chispa. Esta fuente puede ser una [[botella de Leyden]] previamente cargada (es un antiguo tipo de [[condensador eléctrico]]), o sino un generador de electricidad estática, por ejemplo, un [[electróforo]], una [[máquina de Wimshurst]] o un [[generador de Van de Graaff]]. Esto creará una brusca [[Descarga electrostática|descarga eléctrica]] hacia la superficie de la placa aislante, que depositará áreas de carga estática sobre ella. Estas áreas pueden luego visualizarse sobre la placa aislante mediante la dispersión de una mezcla de ''flor de azufre'', que es [[azufre]] finamente pulverizado, de color amarillo pastel, con polvo de [[Tetróxido de plomo|minio]] (tetróxido de plomo, Pb<sub>3</sub>O<sub>4</sub>), de color rojo. |
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Durante su manipulación, el azufre en polvo tiende a adquirir una leve carga negativa, mientras que el minio tiende a adquirirla positiva. Las áreas de la placa aislante cargadas positivamente atraerán el polvo de azufre, negativo, mientras que las áreas cargadas negativamente atraerán el polvo de minio, positivo. Además de la distribución de colores que esto producirá, habrá marcadas diferencias en las formas de la figura, en relación con la polaridad de la carga que se aplicó sobre la placa aislante. Si fue cargada con electricidad positiva, se verá un patrón ampliamente extendido formado por un núcleo denso desde el que irradian ramificaciones en todas direcciones. Cuando la placa ha sido cargada con electricidad negativa, las áreas son considerablemente menores y, o tienen un límite neto y circular, o como dispersado por un soplador, y desprovisto de ramificaciones. |
Durante su manipulación, el azufre en polvo tiende a adquirir una leve carga negativa, mientras que el minio tiende a adquirirla positiva. Las áreas de la placa aislante cargadas positivamente atraerán el polvo de azufre, negativo, mientras que las áreas cargadas negativamente atraerán el polvo de minio, positivo. Además de la distribución de colores que esto producirá, habrá marcadas diferencias en las formas de la figura, en relación con la polaridad de la carga que se aplicó sobre la placa aislante. Si fue cargada con electricidad positiva, se verá un patrón ampliamente extendido formado por un núcleo denso desde el que irradian ramificaciones en todas direcciones. Cuando la placa ha sido cargada con electricidad negativa, las áreas son considerablemente menores y, o tienen un límite neto y circular, o como dispersado por un soplador, y desprovisto de ramificaciones. |
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Si la placa aislante recibe una sucesión de cargas positivas y negativas como las provenientes de una [[bobina de inducción]], resultará una figura mixta, formada por un gran núcleo central rojo que corresponderá a la carga negativa, rodeada por rayos amarillos que corresponderán a la carga positiva. La diferencia entre las figuras positivas y las negativas dependen de la presencia de [[aire]]: la diferencia tiende a desaparecer cuando el experimento se realiza en el [[vacío]]. Las figuras de Lichtenberg fueron completamente |
Si la placa aislante recibe una sucesión de cargas positivas y negativas como las provenientes de una [[bobina de inducción]], resultará una figura mixta, formada por un gran núcleo central rojo que corresponderá a la carga negativa, rodeada por rayos amarillos que corresponderán a la carga positiva. La diferencia entre las figuras positivas y las negativas dependen de la presencia de [[aire]]: la diferencia tiende a desaparecer cuando el experimento se realiza en el [[vacío]]. Las figuras de Lichtenberg fueron completamente descritas en su memoria ''Super nova methodo motum ac naturam fluidi electrici investigandi'' (Göttinger Novi Commentarii, Göttingen, 1777). Ahora se sabe que las cargas son transferidas a la superficie del dieléctrico mediante pequeñas descargas en forma de chispas que ocurren a lo largo del límite entre el gas y la superficie del dieléctrico. Una vez transferidos, esos excesos de carga quedan temporalmente fijados. Las formas de las resultantes distribuciones de carga reflejan la forma de las chispas de descarga, las que a su vez dependen de la polaridad de la alta tensión y de la presión del gas. Si se emplean tensiones cada vez mayores se podrá generar figuras con mayor diámetro y más cantidad de ramificaciones. También se sabe actualmente que las figuras de Lichtenberg positivas presentan mayores estructuras y más ramificadas porque las grandes descargas dentro del aire pueden formarse y propagarse más fácilmente desde terminales de alta tensión cargados positivamente. |
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Cuando se contamina una superficie dieléctrica con material semiconductor, puede formarse espontáneamente otro tipo de figuras de Lichtenberg bidimensionales. Si se aplica una alta tensión excesiva a través de ese material, las corrientes de fuga pueden causar calentamientos localizados y una consecuente y progresiva degradación y quemado del material subyacente. Bajo la superficie del material se formarán patrones de quemado ramificados, arborescentes, llamados [[Arborescencia eléctrica|arborescencias eléctricas]]. Estos caminos pueden llegar a constituir un puente conductivo a través de la sustancia dieléctrica y llevar a una falla catastrófica del material aislante.<ref>{{cita web |
Cuando se contamina una superficie dieléctrica con material semiconductor, puede formarse espontáneamente otro tipo de figuras de Lichtenberg bidimensionales. Si se aplica una alta tensión excesiva a través de ese material, las corrientes de fuga pueden causar calentamientos localizados y una consecuente y progresiva degradación y quemado del material subyacente. Bajo la superficie del material se formarán patrones de quemado ramificados, arborescentes, llamados [[Arborescencia eléctrica|arborescencias eléctricas]]. Estos caminos pueden llegar a constituir un puente conductivo a través de la sustancia dieléctrica y llevar a una falla catastrófica del material aislante.<ref>{{cita web |
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|url = http://www.gamma.com.co/pdf/boletines/tecnicos/boletin14.pdf |
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título=Boletín técnico: Los aislantes sólidos |
|título = Boletín técnico: Los aislantes sólidos |
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|autor = Gamma Insulators corp |
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== Figuras de Lichtenberg tridimensionales == |
== Figuras de Lichtenberg tridimensionales == |
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Pueden crearse modernas figuras de Lichtenberg tridimensionales dentro de materiales aislantes sólidos como el acrílico (polimetilmetacrilato, llamado también [[PMMA]]) o el vidrio, que al ser transparentes permiten su visualización. El material plástico acrílico suele ser nombrado también por sus marcas comerciales más conocidas: Lucite, Plexiglas, o Perspex. Se logra mediante la inyección en ellos de un haz de [[electrones]] de alta velocidad provenientes de un acelerador de partículas como el Linac, un tipo de [[acelerador de partículas]] lineal. Dentro del Linac los electrones son enfocados y acelerados para formar un haz de partículas de alta velocidad. Los electrones que emergen del acelerador tienen energías superiores a los 25 MeV, y viajan a una velocidad cercana (95 a 99+ %) de la [[velocidad de la luz]] ([[Relatividad especial|velocidades relativistas]]). Si el haz de electrones es dirigido hacia un cuerpo de acrílico, los electrones penetrarán fácilmente la superficie, perderán rápidamente velocidad a medida que vayan colisionando con las moléculas del plástico, y finalmente se detendrán y quedarán en la profundidad del cuerpo de acrílico. Como este material es un excelente aislante eléctrico, esos electrones quedarán |
Pueden crearse modernas figuras de Lichtenberg tridimensionales dentro de materiales aislantes sólidos como el acrílico (polimetilmetacrilato, llamado también [[PMMA]]) o el vidrio, que al ser transparentes permiten su visualización. El material plástico acrílico suele ser nombrado también por sus marcas comerciales más conocidas: Lucite, Plexiglas, o Perspex. Se logra mediante la inyección en ellos de un haz de [[electrones]] de alta velocidad provenientes de un acelerador de partículas como el Linac, un tipo de [[acelerador de partículas]] lineal. Dentro del Linac los electrones son enfocados y acelerados para formar un haz de partículas de alta velocidad. Los electrones que emergen del acelerador tienen energías superiores a los 25 MeV, y viajan a una velocidad cercana (95 a 99+ %) de la [[velocidad de la luz]] ([[Relatividad especial|velocidades relativistas]]). Si el haz de electrones es dirigido hacia un cuerpo de acrílico, los electrones penetrarán fácilmente la superficie, perderán rápidamente velocidad a medida que vayan colisionando con las moléculas del plástico, y finalmente se detendrán y quedarán en la profundidad del cuerpo de acrílico. Como este material es un excelente aislante eléctrico, esos electrones quedarán temporalmente atrapados dentro del cuerpo y formarán una zona aislada con excesiva carga negativa. Si se continúa con la irradiación, el monto de la carga atrapada puede alcanzar millones de voltios. Cuando la tensión acumulada alcanza o supera la [[rigidez dieléctrica]] del acrílico, algunas porciones del plástico se tornarán bruscamente conductivas en un proceso llamado [[Ruptura dieléctrica|ruptura o disrupción dieléctrica]]. Cuando este proceso está próximo a producirse, puede provocarse fácilmente su inicio al clavarle al cuerpo una punta metálica conectada a tierra. |
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Durante la ruptura o disrupción dieléctrica, la arborescencia ramificada o canales conductivos en forma de helecho, rápidamente se forman y propagan a través del plástico, lo que permite que las cargas atrapadas erupcionen bruscamente en pequeños destellos y estallidos. Como dice el párrafo anterior, puede dispararse manualmente la disrupción dieléctrica de un cuerpo cargado al clavarle una punta afilada de material conductor, para crear así un punto que tensiona el material por sobre su rigidez dieléctrica. Durante la descarga, las poderosas chispas eléctricas dejan miles de cadenas ramificadas de fractura en el material; se crea así una figura de Lichtenberg permanente dentro del cuerpo aislante. Como la carga aislada dentro del cuerpo es negativa, la descarga real se inicia desde la carga positiva de su superficie exterior, así que la descarga real resultante crea una figura de Lichtenberg positiva dentro del cuerpo. Estos extraños y hermosos objetos son llamados a veces '''arborescencias electrónicas''' o '''árboles de luz'''. Como los electrones se desaceleran rápidamente dentro del acrílico, se generan también poderosos [[rayos X]]. Esta radiación X oscurece el material acrílico, porque introduce defectos (centros de color) en un proceso llamado [[solarización por radiación]]. El acrílico toma así un color de ámbar a pardo, aunque antiguos compuestos acrílicos a veces viran a un color verde limón. El color usualmente va desvaneciéndose con el tiempo, y un suave calentamiento combinado con oxígeno, acelera el proceso de decoloración. |
Durante la ruptura o disrupción dieléctrica, la arborescencia ramificada o canales conductivos en forma de helecho, rápidamente se forman y propagan a través del plástico, lo que permite que las cargas atrapadas erupcionen bruscamente en pequeños destellos y estallidos. Como dice el párrafo anterior, puede dispararse manualmente la disrupción dieléctrica de un cuerpo cargado al clavarle una punta afilada de material conductor, para crear así un punto que tensiona el material por sobre su rigidez dieléctrica. Durante la descarga, las poderosas chispas eléctricas dejan miles de cadenas ramificadas de fractura en el material; se crea así una figura de Lichtenberg permanente dentro del cuerpo aislante. Como la carga aislada dentro del cuerpo es negativa, la descarga real se inicia desde la carga positiva de su superficie exterior, así que la descarga real resultante crea una figura de Lichtenberg positiva dentro del cuerpo. Estos extraños y hermosos objetos son llamados a veces '''arborescencias electrónicas''' o '''árboles de luz'''. Como los electrones se desaceleran rápidamente dentro del acrílico, se generan también poderosos [[rayos X]]. Esta radiación X oscurece el material acrílico, porque introduce defectos (centros de color) en un proceso llamado [[solarización por radiación]]. El acrílico toma así un color de ámbar a pardo, aunque antiguos compuestos acrílicos a veces viran a un color verde limón. El color usualmente va desvaneciéndose con el tiempo, y un suave calentamiento combinado con oxígeno, acelera el proceso de decoloración. |
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== Ocurrencia natural == |
== Ocurrencia natural == |
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Las figuras de Lichtenberg pueden también aparecer sobre la piel de víctimas de un [[rayo]].<ref>{{cita web |
Las figuras de Lichtenberg pueden también aparecer sobre la piel de víctimas de un [[rayo]].<ref>{{cita web |
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|url = http://205.243.100.155/frames/human_LF2.jpg |
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título=Figura de Lichtenberg sobre la espalda de un hombre |
|título = Figura de Lichtenberg sobre la espalda de un hombre |
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|autor = Anónimo |
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|fechaarchivo = 28 de noviembre de 2012 |
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⚫ | }}</ref> Son rojizas, con patrones en forma de helecho, y pueden persistir por horas o días. También, para los médicos legistas, son un indicador que ayuda a determinar la causa de la muerte. A las figuras de Lichtenberg que, como en este caso, aparecen sobre personas, se las llama a veces '''flores del rayo''', y se piensa que son causadas por la ruptura de [[vasos capilares]] debajo de la piel, producida por el pasaje de la elevada [[corriente eléctrica]] de la descarga del rayo, por las [[Onda de choque|ondas de choque]] del sonido, o por el poderoso destello luminoso. La caída de un rayo también puede producir una gran figura de Lichtenberg sobre la hierba, en la zona que rodea el punto de impacto. A veces se las encuentra en los campos de [[golf]] o en praderas de césped.<ref>{{cita web |
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autor=Anónimo | |
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|url = http://205.243.100.155/photos/For_Sale/June04/Golfcourse.jpg |
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|autor = Anónimo |
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== Similitudes con los fractales == |
== Similitudes con los fractales == |
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Los patrones ramificados y [[ |
Los patrones ramificados y [[Autosimilitud|autosimilares]] observados en las figuras de Lichtenberg exhiben propiedades fractales. Frecuentemente se desarrollan figuras de Lichtenberg durante la ruptura o disrupción eléctrica en sólidos, líquidos y hasta en gases. Su aparición y crecimiento parecen estar relacionados con un proceso llamado "[[agregación por difusión limitada]]" o DLA, sigla formada desde su nombre en inglés. Niemeyer, Pietronero, y Weismann desarrollaron en 1984 un útil modelo macroscópico que combina un campo eléctrico con la DLA, conocido como [[modelo de ruptura dieléctrica]] o DBM. Aunque los mecanismos de la ruptura dieléctrica en el aire y en un cuerpo de acrílico son muy diferentes, las descargas ramificadas vuelven a estar relacionadas. Por esto, no fue sorprendente que en las formas ramificadas del rayo natural también se hallaran características fractales. |
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== Véase también == |
== Véase también == |
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* [http://www.youtube.com/watch?v=lrKpKwi5pTo Video de 4 minutos que muestra un lote de figuras de Lichtenberg de 30 cm x 30 cm en el momento de ser producida la ruptura dieléctrica] |
* [http://www.youtube.com/watch?v=lrKpKwi5pTo Video de 4 minutos que muestra un lote de figuras de Lichtenberg de 30 cm x 30 cm en el momento de ser producida la ruptura dieléctrica] |
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* [http://www.youtube.com/watch?v=9Po35g23fYI Video de 8 minutos que muestra el proceso de generación de figuras de Lichtenberg tridimensionales] |
* [http://www.youtube.com/watch?v=9Po35g23fYI Video de 8 minutos que muestra el proceso de generación de figuras de Lichtenberg tridimensionales] |
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* [http://vids.myspace.com/index.cfm?fuseaction=vids.individual&VideoID=28880357 Video de la formación de una figura de Lichtenberg al clavar un clavo sobre un bloque aislante cargado] |
* [https://web.archive.org/web/20080805185512/http://vids.myspace.com/index.cfm?fuseaction=vids.individual&VideoID=28880357 Video de la formación de una figura de Lichtenberg al clavar un clavo sobre un bloque aislante cargado] |
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* (en inglés) [http://www.orau.org/ptp/collection/Lichtenberg%20figures/Lichtenbergfigures.htm Figuras de Lichtenberg, vidrios y gemas] |
* (en inglés) [http://www.orau.org/ptp/collection/Lichtenberg%20figures/Lichtenbergfigures.htm Figuras de Lichtenberg, vidrios y gemas] |
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* (en inglés) [http://scienceservice.si.edu/pages/044138.htm 1927 General Electric Review, artículo sobre figuras de Lichtenberg] |
* (en inglés) [http://scienceservice.si.edu/pages/044138.htm 1927 General Electric Review, artículo sobre figuras de Lichtenberg] |
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* (en inglés) [http://science.nasa.gov/newhome/headlines/essd18jun99_1.htm Artículo de la NASA sobre los efectos del rayo en los seres humanos] |
* (en inglés) [http://science.nasa.gov/newhome/headlines/essd18jun99_1.htm Artículo de la NASA sobre los efectos del rayo en los seres humanos] {{Wayback|url=http://science.nasa.gov/newhome/headlines/essd18jun99_1.htm |date=20100315181041 }} |
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* (en inglés) [http://volcaniclightning.tripod.com/index.htm Acerca de la electricidad, los rayos y las figuras de Lichtenberg] |
* (en inglés) [http://volcaniclightning.tripod.com/index.htm Acerca de la electricidad, los rayos y las figuras de Lichtenberg] |
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* (en inglés) [http://classes.yale.edu/fractals/Panorama/Physics/DLA/DBM/DBM.html Modelo de ruptura dieléctrica (DBM)] |
* (en inglés) [http://classes.yale.edu/fractals/Panorama/Physics/DLA/DBM/DBM.html Modelo de ruptura dieléctrica (DBM)] {{Wayback|url=http://classes.yale.edu/fractals/Panorama/Physics/DLA/DBM/DBM.html |date=20021129224345 }} |
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* (en inglés) [http://classes.yale.edu/fractals/Panorama/Physics/DLA/DBM/DBM2.html Descripción matemática de la DLA ] |
* (en inglés) [https://web.archive.org/web/20100627201658/http://classes.yale.edu/fractals/Panorama/Physics/DLA/DBM/DBM2.html Descripción matemática de la DLA ] |
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* (en inglés) [http://chemistry.about.com/b/a/201545.htm Haciendo figuras de Lichtenberg sobre madera ] |
* (en inglés) [http://chemistry.about.com/b/a/201545.htm Haciendo figuras de Lichtenberg sobre madera ] {{Wayback|url=http://chemistry.about.com/b/a/201545.htm |date=20071017162433 }} |
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* (en inglés) [http://www.popsci.com/diy/article/2008-02/trap-lightning-block Atrapando el rayo en un bloque ] (DIY Figura de Lichtenberg en Popular Science) |
* (en inglés) [http://www.popsci.com/diy/article/2008-02/trap-lightning-block Atrapando el rayo en un bloque ] (DIY Figura de Lichtenberg en Popular Science) |
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* [http://theodoregray.com/PeriodicTable/Samples/Electrons.1/index.qtvr.s10.html Lichtenbergs tridimensionales 1] [http://theodoregray.com/PeriodicTable/Samples/Electrons.2/index.qtvr.s10.html 2] [http://theodoregray.com/PeriodicTable/Samples/Electrons.3/index.qtvr.s10.html 3] (Requiere Quicktime VR para verse) |
* [http://theodoregray.com/PeriodicTable/Samples/Electrons.1/index.qtvr.s10.html Lichtenbergs tridimensionales 1] [http://theodoregray.com/PeriodicTable/Samples/Electrons.2/index.qtvr.s10.html 2] [http://theodoregray.com/PeriodicTable/Samples/Electrons.3/index.qtvr.s10.html 3] (Requiere Quicktime VR para verse) |
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Revisión actual - 15:28 16 sep 2023
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e4/PlanePair2.jpg/256px-PlanePair2.jpg)
Las figuras de Lichtenberg (Lichtenberg-Figuren, o Lichtenberg Dust Figures) son imágenes producidas por descargas eléctricas ramificadas, arborescentes, que a veces se forman sobre la superficie o en el interior de materiales aislantes (dieléctricos).[1] Se llaman así por el físico alemán Georg Christoph Lichtenberg, quien inicialmente las descubrió y las estudió.[1] Al comienzo él pensó que esas formas características podrían ayudar a revelar la naturaleza de los "fluidos" eléctricos positivo y negativo, como se imaginaba la electricidad en esa época.[2] En 1777 Lichtenberg construyó un gran electróforo capaz de generar altas tensiones de electricidad estática mediante un proceso de inducción eléctrica. Después de producir una descarga de alta tensión sobre un punto de la superficie de un material aislante, Lichtenberg hacía visibles los patrones radiales arborescentes mediante polvos coloreados que se fijaban sobre las cargas electrostáticas. Luego presionaba hojas de papel en blanco sobre las figuras ramificadas, lo que las transfería al papel y le permitía conservarlas. Así descubrió el principio básico que luego se emplearía en las fotocopiadoras e impresoras por xerografía.[3] Este descubrimiento también fue el inicio de la actual Física del plasma.
Aunque Lichtenberg sólo estudió las figuras bidimensionales que se producían en la superficie de los dieléctricos, los modernos investigadores de las altas tensiones estudian las figuras (arborescencias eléctricas) bi y tridimensionales, sobre y dentro de los materiales aislantes. Las figuras de Lichtenberg ahora también se emplean como ejemplos de fractales.
Figuras de Lichtenberg bidimensionales
[editar]Pueden producirse figuras de Lichtenberg bidimensionales colocando perpendicularmente la punta afilada de una aguja sostenida por una estructura aislante, sobre la superficie de una placa de material no conductor, como resina, ebonita o vidrio. La punta debe ubicarse muy cercana o en contacto con la superficie. Luego debe aplicarse una fuente de alta tensión a la aguja, mediante un salto de chispa. Esta fuente puede ser una botella de Leyden previamente cargada (es un antiguo tipo de condensador eléctrico), o sino un generador de electricidad estática, por ejemplo, un electróforo, una máquina de Wimshurst o un generador de Van de Graaff. Esto creará una brusca descarga eléctrica hacia la superficie de la placa aislante, que depositará áreas de carga estática sobre ella. Estas áreas pueden luego visualizarse sobre la placa aislante mediante la dispersión de una mezcla de flor de azufre, que es azufre finamente pulverizado, de color amarillo pastel, con polvo de minio (tetróxido de plomo, Pb3O4), de color rojo.
Durante su manipulación, el azufre en polvo tiende a adquirir una leve carga negativa, mientras que el minio tiende a adquirirla positiva. Las áreas de la placa aislante cargadas positivamente atraerán el polvo de azufre, negativo, mientras que las áreas cargadas negativamente atraerán el polvo de minio, positivo. Además de la distribución de colores que esto producirá, habrá marcadas diferencias en las formas de la figura, en relación con la polaridad de la carga que se aplicó sobre la placa aislante. Si fue cargada con electricidad positiva, se verá un patrón ampliamente extendido formado por un núcleo denso desde el que irradian ramificaciones en todas direcciones. Cuando la placa ha sido cargada con electricidad negativa, las áreas son considerablemente menores y, o tienen un límite neto y circular, o como dispersado por un soplador, y desprovisto de ramificaciones.
Si la placa aislante recibe una sucesión de cargas positivas y negativas como las provenientes de una bobina de inducción, resultará una figura mixta, formada por un gran núcleo central rojo que corresponderá a la carga negativa, rodeada por rayos amarillos que corresponderán a la carga positiva. La diferencia entre las figuras positivas y las negativas dependen de la presencia de aire: la diferencia tiende a desaparecer cuando el experimento se realiza en el vacío. Las figuras de Lichtenberg fueron completamente descritas en su memoria Super nova methodo motum ac naturam fluidi electrici investigandi (Göttinger Novi Commentarii, Göttingen, 1777). Ahora se sabe que las cargas son transferidas a la superficie del dieléctrico mediante pequeñas descargas en forma de chispas que ocurren a lo largo del límite entre el gas y la superficie del dieléctrico. Una vez transferidos, esos excesos de carga quedan temporalmente fijados. Las formas de las resultantes distribuciones de carga reflejan la forma de las chispas de descarga, las que a su vez dependen de la polaridad de la alta tensión y de la presión del gas. Si se emplean tensiones cada vez mayores se podrá generar figuras con mayor diámetro y más cantidad de ramificaciones. También se sabe actualmente que las figuras de Lichtenberg positivas presentan mayores estructuras y más ramificadas porque las grandes descargas dentro del aire pueden formarse y propagarse más fácilmente desde terminales de alta tensión cargados positivamente.
Cuando se contamina una superficie dieléctrica con material semiconductor, puede formarse espontáneamente otro tipo de figuras de Lichtenberg bidimensionales. Si se aplica una alta tensión excesiva a través de ese material, las corrientes de fuga pueden causar calentamientos localizados y una consecuente y progresiva degradación y quemado del material subyacente. Bajo la superficie del material se formarán patrones de quemado ramificados, arborescentes, llamados arborescencias eléctricas. Estos caminos pueden llegar a constituir un puente conductivo a través de la sustancia dieléctrica y llevar a una falla catastrófica del material aislante.[4]
Figuras de Lichtenberg tridimensionales
[editar]Pueden crearse modernas figuras de Lichtenberg tridimensionales dentro de materiales aislantes sólidos como el acrílico (polimetilmetacrilato, llamado también PMMA) o el vidrio, que al ser transparentes permiten su visualización. El material plástico acrílico suele ser nombrado también por sus marcas comerciales más conocidas: Lucite, Plexiglas, o Perspex. Se logra mediante la inyección en ellos de un haz de electrones de alta velocidad provenientes de un acelerador de partículas como el Linac, un tipo de acelerador de partículas lineal. Dentro del Linac los electrones son enfocados y acelerados para formar un haz de partículas de alta velocidad. Los electrones que emergen del acelerador tienen energías superiores a los 25 MeV, y viajan a una velocidad cercana (95 a 99+ %) de la velocidad de la luz (velocidades relativistas). Si el haz de electrones es dirigido hacia un cuerpo de acrílico, los electrones penetrarán fácilmente la superficie, perderán rápidamente velocidad a medida que vayan colisionando con las moléculas del plástico, y finalmente se detendrán y quedarán en la profundidad del cuerpo de acrílico. Como este material es un excelente aislante eléctrico, esos electrones quedarán temporalmente atrapados dentro del cuerpo y formarán una zona aislada con excesiva carga negativa. Si se continúa con la irradiación, el monto de la carga atrapada puede alcanzar millones de voltios. Cuando la tensión acumulada alcanza o supera la rigidez dieléctrica del acrílico, algunas porciones del plástico se tornarán bruscamente conductivas en un proceso llamado ruptura o disrupción dieléctrica. Cuando este proceso está próximo a producirse, puede provocarse fácilmente su inicio al clavarle al cuerpo una punta metálica conectada a tierra.
Durante la ruptura o disrupción dieléctrica, la arborescencia ramificada o canales conductivos en forma de helecho, rápidamente se forman y propagan a través del plástico, lo que permite que las cargas atrapadas erupcionen bruscamente en pequeños destellos y estallidos. Como dice el párrafo anterior, puede dispararse manualmente la disrupción dieléctrica de un cuerpo cargado al clavarle una punta afilada de material conductor, para crear así un punto que tensiona el material por sobre su rigidez dieléctrica. Durante la descarga, las poderosas chispas eléctricas dejan miles de cadenas ramificadas de fractura en el material; se crea así una figura de Lichtenberg permanente dentro del cuerpo aislante. Como la carga aislada dentro del cuerpo es negativa, la descarga real se inicia desde la carga positiva de su superficie exterior, así que la descarga real resultante crea una figura de Lichtenberg positiva dentro del cuerpo. Estos extraños y hermosos objetos son llamados a veces arborescencias electrónicas o árboles de luz. Como los electrones se desaceleran rápidamente dentro del acrílico, se generan también poderosos rayos X. Esta radiación X oscurece el material acrílico, porque introduce defectos (centros de color) en un proceso llamado solarización por radiación. El acrílico toma así un color de ámbar a pardo, aunque antiguos compuestos acrílicos a veces viran a un color verde limón. El color usualmente va desvaneciéndose con el tiempo, y un suave calentamiento combinado con oxígeno, acelera el proceso de decoloración.
Ocurrencia natural
[editar]Las figuras de Lichtenberg pueden también aparecer sobre la piel de víctimas de un rayo.[5] Son rojizas, con patrones en forma de helecho, y pueden persistir por horas o días. También, para los médicos legistas, son un indicador que ayuda a determinar la causa de la muerte. A las figuras de Lichtenberg que, como en este caso, aparecen sobre personas, se las llama a veces flores del rayo, y se piensa que son causadas por la ruptura de vasos capilares debajo de la piel, producida por el pasaje de la elevada corriente eléctrica de la descarga del rayo, por las ondas de choque del sonido, o por el poderoso destello luminoso. La caída de un rayo también puede producir una gran figura de Lichtenberg sobre la hierba, en la zona que rodea el punto de impacto. A veces se las encuentra en los campos de golf o en praderas de césped.[6] Pueden además crearse fulguritas, cuando el intenso calor producido por la corriente eléctrica del rayo funde la arena o la tierra del suelo y forma tubos vitrificados.
Similitudes con los fractales
[editar]Los patrones ramificados y autosimilares observados en las figuras de Lichtenberg exhiben propiedades fractales. Frecuentemente se desarrollan figuras de Lichtenberg durante la ruptura o disrupción eléctrica en sólidos, líquidos y hasta en gases. Su aparición y crecimiento parecen estar relacionados con un proceso llamado "agregación por difusión limitada" o DLA, sigla formada desde su nombre en inglés. Niemeyer, Pietronero, y Weismann desarrollaron en 1984 un útil modelo macroscópico que combina un campo eléctrico con la DLA, conocido como modelo de ruptura dieléctrica o DBM. Aunque los mecanismos de la ruptura dieléctrica en el aire y en un cuerpo de acrílico son muy diferentes, las descargas ramificadas vuelven a estar relacionadas. Por esto, no fue sorprendente que en las formas ramificadas del rayo natural también se hallaran características fractales.
Véase también
[editar]Referencias
[editar]- ↑ a b ¿Qué son las figuras de Lichtenberg, y cómo pueden crearse? (en inglés)
- ↑ Heilbron, John L. (2002). «III, cap. 2». Ciencia y romanticismo. Archivado desde el original el 9 de octubre de 2009. Consultado el 9 de noviembre de 2009.
- ↑ Xerox Corporation (1999). «La historia de la xerografía (en inglés)». Archivado desde el original el 6 de septiembre de 2015. Consultado el 11 de marzo de 2010.
- ↑ Gamma Insulators corp. «Boletín técnico: Los aislantes sólidos».
- ↑ Anónimo. «Figura de Lichtenberg sobre la espalda de un hombre». Archivado desde el original el 28 de noviembre de 2012.
- ↑ Anónimo. «Figura de Lichtenberg en un campo de golf». Archivado desde el original el 28 de noviembre de 2012.
Enlaces externos
[editar]Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Figuras de Lichtenberg.
- Breve video que muestra una figura de Lichtenberg de 45 cm x 45 cm x 2.5 cm en el momento de ser producida la ruptura dieléctrica
- Video de 4 minutos que muestra un lote de figuras de Lichtenberg de 30 cm x 30 cm en el momento de ser producida la ruptura dieléctrica
- Video de 8 minutos que muestra el proceso de generación de figuras de Lichtenberg tridimensionales
- Video de la formación de una figura de Lichtenberg al clavar un clavo sobre un bloque aislante cargado
- (en inglés) Figuras de Lichtenberg, vidrios y gemas
- (en inglés) 1927 General Electric Review, artículo sobre figuras de Lichtenberg
- (en inglés) Artículo de la NASA sobre los efectos del rayo en los seres humanos Archivado el 15 de marzo de 2010 en Wayback Machine.
- (en inglés) Acerca de la electricidad, los rayos y las figuras de Lichtenberg
- (en inglés) Modelo de ruptura dieléctrica (DBM) Archivado el 29 de noviembre de 2002 en Wayback Machine.
- (en inglés) Descripción matemática de la DLA
- (en inglés) Haciendo figuras de Lichtenberg sobre madera Archivado el 17 de octubre de 2007 en Wayback Machine.
- (en inglés) Atrapando el rayo en un bloque (DIY Figura de Lichtenberg en Popular Science)
- Lichtenbergs tridimensionales 1 2 3 (Requiere Quicktime VR para verse)
- Esta obra contiene una traducción derivada de «Lichtenberg figure» de Wikipedia en inglés, publicada por sus editores bajo la Licencia de documentación libre de GNU y la Licencia Creative Commons Atribución-CompartirIgual 4.0 Internacional.