在夏季,经常会出现电闪雷鸣的现象。闪电的电压高达几百万伏特,日常生活中的家庭用电仅为220伏特,两者相差了几万倍。闪电可能是人们对高压放电最直观的印象。但是,高压放电还有很多其他奇特而美丽的现象。因此,我们选取生活中常见的几种素材进行高压放电实验,并用4K高清摄影技术重现高压放电的美丽瞬间。
在该视频中,我们使用5KV~50KV的高压放电装置进行实验。装置通电后,两电极之间放电电弧为蓝紫色。这是因为高压将电极间的空气电离成等离子体,其中包含氧、氮等离子组成的等离子微粒。这些高能量的离子发生跃迁再回到基态过程中会产生紫色光线。同时,空气中包含大量水和其它微粒,使得电弧呈现蓝色。因此,一般情况下电弧是为蓝紫色,与日常生活中闪电的颜色类似。
不同的金属离子燃烧时,其火焰会呈现不同的颜色,这一现象称为焰色反应。有趣的是,利用高压对金属化合物进行放电,电弧也会呈现不同的颜色。这一现象是由于高压对金属化合物放电时,其电子能量会发生跃迁,使得不同金属的光谱呈现不同颜色,称之为电弧像颜色。该视频中,我们选取氯化钙、氯化镁和氯化钡作为实验对象。
高压放电电离氯化钙的过程非常壮观,电火花呈橙红色,还伴随产生白色烟雾。镁在灼烧时会出现耀眼的白色光芒。但氯化镁在实验过程中会出现伴有绿光的蓝紫色电弧,看起来很像北极的极光。氯化钡在高压放电中,电火花为淡绿色。
上图展示是基尔里安摄影术(Kirlian photography),它是一种高压电晕放电现象。视频中,切半的水果放在盛有导电盐水的容器下方,水果和容器内的食盐水分别连接高压电源的两极。通电后,水果周围会出现美不胜收的电弧。如果进行长时间曝光拍摄,可以得到更迷人的画面。
高压对刷有食盐水的纸板放电更为壮观。纸板涂有可以导电的食盐溶液,通电后纸板两端电极会产生电火花,火花从纸板两侧灼烧并向中心蔓延。灼烧过程伴有闪闪发光的火星,这一现象是由钠离子和氯离子在高压作用下的电晕放电形成的。通电后,纸板上的带正电荷的钠离子在正电极的驱使下向负极偏移,而氯离子则相反,使得燃烧从纸板两侧向中心偏移。