酷实验：高压放电的奇趣威能
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△《酷实验：高压放电的奇趣威能》 ©新知数媒
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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。
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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。
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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。
基尔里安摄影术通常会被披上神秘的面纱。据说，20世纪初信仰神学的欧洲人常用这种摄影术来佐证灵魂的不灭。实际上，它是气体介质在不均匀电场中的局部自持放电引起的，由于曲径很小的尖端附近电场高于气体电离场强，气体激发产生电晕放电现象。
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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。
此外，正负两极的燃烧速度不同，这是由于正负两极附近纸板表面达到着火点的快慢不同。两极燃烧先后具有随机性，纸板通电后，电极附近纸板被高压加热升温，先达到纸板着火点的电极先燃烧。这还与两极附近刷的溶液多少有关，溶液多的电极附近纸板达到着火点慢，燃烧也就变慢。在本视频中，负极燃烧比正极快得多。燃烧过程中会形成类似闪电的图案。这一图案被称为利希滕贝格图形（Lichtenberg figure），它是以德国物理学家利希滕贝格的名字命名的一类特殊图案。高压放电的这一特性也被艺术家们广泛运用，结合雕刻艺术可以构造出各种利希滕贝格图形。
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