Наиболее просто изображение искры может быть получено обычным фотографическим аппаратом. На фотографии, сделанной обычным аппаратом, хорошо виден зигзагообразный путь искры в воздухе и некоторые ее ветви, уходящие от основного ствола в стороны. Снимок позволяет определить место на плоскости, куда попала искра, и приблизительно определить ее длину.
Однако путь искры извилист, и некоторые зигзаги могут лежать вне плоскости фотографирования. Поэтому, для более точного определения длины искры, необходимо производить фотографирование при помощи двух фотоаппаратов, расположенных под прямым углом один к другому. Сделанные таким образом фотографии показали, что длина искры, измеренная по одному снимку, меньше ее действительной длины на 30%.
Основной ствол искры имеет определенную ширину, и, казалось бы, зная масштаб фотографирования, можно определить диаметр канала искры. Однако для того, чтобы такое определение было правильным, нужно соблюсти ряд условий:
- фотографическая пленка должна быть противоореольной, т. е. не давать дополнительного засвечивания, происходящего в результате отражения света от материала, покрытого фотоэмульсией;
- необходимо, чтобы фотоэмульсия не была чересчур сильно засвечена, так как это вызывает искажение размеров снимаемого предмета;
- необходимо учесть, что объектив, фотоаппарата может искажать масштаб фотографирования предметов малых размеров.
Оказалось, что во многих случаях, возможно обходиться камерой с одним объективом. Такие фотокамеры с разверткой изучаемого явления во времени стали мощным средством для оптического изучения искры. Был сконструирован новый аппарат, который вообще не имеет движущихся деталей. В нем применен принцип управления пучком света, проходящим через объектив фотоаппарата при помощи ячейки Керра.
Электрооптический затвор
В 1875 году Керр открыл эффект, суть которого состоит в том, что в целом ряде тел, помещенных в электростатическом поле, возникает неоднородность свойств материала в различных направлениях - анизотропия. Вследствие созданной электрическим полем анизотропии свет в прозрачных телах распространяется с характерными особенностями. Очень подходящим телом для практического использования эффекта Керра является нитробензол.
В обычном световом луче распространение энергии происходит посредством электромагнитных колебаний, совершающихся в быстрой и неправильной последовательности во всех возможных направлениях в плоскости, перпендикулярной к оси луча. Однако луч света можно упорядочить, отсеяв колебания в многочисленных направлениях и оставив их лишь в одной плоскости распространения луча.
Отфильтровка световых колебаний может осуществляться, например, отражением его от черного стекла, пропусканием луча через пластинки зеленого минерала турмалина или другими способами. Такой, как бы сплющенный луч света, колебания которого происходят лишь с одной плоскости, называется поляризованным, а плоскость распространения световых колебаний называется плоскостью поляризации.
Найдено синтетическое вещество, которое позволяет изготовлять удобные для работы поляризаторы нужных размеров. Это вещество, называемое поляроидом, состоит из прозрачной целлулоидной пленки, пропитанной органическим йодистым составом.
Каждый поляризованный луч, вступая в нитробензол, помещенный в электрическое поле, дробится на два луча, обладающих различными свойствами. Их называют обыкновенными и необыкновенными лучами. Колебания этих лучей совершаются во взаимоперпендикулярных направлениях. Скорости распространения обоих лучей в жидкости неодинаковы, в результате чего при выходе из ячейки Керра плоскость поляризации луча света оказывается повернутой относительно начальной плоскости поляризации луча. Этот поворот и имеет существенное значение для построения электрооптического затвора.
Для того чтобы использовать электрооптический эффект Керра, поступают следующим образом. Луч света, идущий от источника, пропускается через линзу и поляроид. Поляризованный луч света проходит через сосуд, заполненный нитробензолом с хорошо выраженным электрооптическим эффектом Керра. В сосуде укреплены две параллельные металлические пластинки, к выводам которых может быть подключен источник электрического напряжения. Этот сосуд называется ячейкой Керра. Затем луч света проходит через второй поляроид и, наконец, через фокусирующую линзу фотоаппарата падает на фотопластинку.
Поляризованный луч света может пройти сквозь поляроид только при определенном расположении поляроида относительно плоскости поляризации луча. Поляроид устанавливается так, чтобы при отсутствии электрического поля в ячейке Керра, луч света не мог пройти через другой поляроид и попасть на фотоэмульсию.
При включении напряжения на пластинки ячейки Керра плоскость поляризации светового луча поворачивается, и он проходит через щели поляроида, попадая на фотоэмульсию. Следовательно, изменением напряжения на ячейке Керра можно управлять световым потоком.
Для того чтобы, например, определить скорость, с которой разряд продвигается в искровом промежутке, нужно снимать отдельные кадры через очень малые промежутки времени, каждый последующий кадр должен иметь экспозицию немного большую, чем предыдущий.
Определяя по двум соседним кадрам приращение длины искры и деля ее на интервал времени между сделанными снимками, определяют истинную скорость продвижения искры в данном месте разрядного промежутка. В течение продвижения головки канала от одного электрода к другому необходимо заснять не менее 10 кадров. Каждый снимок делается с новой искры.
И хотя вся серия искр происходит в тождественных условиях, все же при таком способе измерения можно получить лишь средние результаты.
Электрические ножницы
Если бы найти способ остановить разряд в промежутке, то его можно было бы фотографировать простым аппаратом, а полученные снимки стали бы более удобочитаемыми. Для этого были изобретены «электрические ножницы». Действие их состоит в том, что в определенный момент напряжение на разрядном промежутке мгновенно срезается, вследствие чего первая стадия процесса разряда останавливается - разряд как бы повисает в воздухе и становится легко доступен исследованию.
Срез напряжения производится с помощью второго искрового промежутка, включенного параллельно исследуемому и имеющего меньшее межэлектродное расстояние. Изменением длины отсекающего промежутка удается менять время среза напряжения, а вместе с тем и длину, на которую успевает продвинуться разряд.
Если снимать такие отдельные кадры через достаточно малые интервалы времени, а затем показывать их на экране киноаппаратом, то получится картина развития разряда в разрядном промежутке.
