Când vorbim despre caracteristicile unui arc voltaic, este de menționat că acesta are o tensiune mai mică decât o descărcare luminoasă și se bazează pe radiația termoionică a electronilor de la electrozii care susțin arcul. În țările vorbitoare de limba engleză, acest termen este considerat arhaic și învechit.
Tehnicile de suprimare a arcului pot fi utilizate pentru a reduce durata arcului sau probabilitatea apariției arcului.
La sfârșitul anilor 1800, arcul voltaic a fost utilizat pe scară largă pentru iluminatul public. Unele arcuri electrice de joasă presiune sunt utilizate în multe aplicații. De exemplu, pentru iluminat se folosesc lămpi fluorescente, lămpi cu mercur, sodiu și cu halogenuri metalice. Lămpile cu arc cu xenon au fost folosite pentru proiectoarele de film.
Deschiderea arcului voltaic
Se crede că acest fenomen a fost descris pentru prima dată de Sir Humphry Davy într-un articol din 1801 publicat în Jurnalul lui William Nicholson de filosofie naturală, chimie și arte. Totuși, fenomenul descris de Davy nu a fost un arc electric, ci doar o scânteie. Exploratori de mai târziua scris: „Aceasta este evident o descriere nu a unui arc, ci a unei scântei. Esența primului este că trebuie să fie continuu, iar polii săi nu trebuie să se atingă după ce a apărut. Scânteia creată de Sir Humphry Davy nu a fost în mod clar continuă și, deși a rămas încărcată ceva timp după contactul cu atomii de carbon, cel mai probabil nu a existat nicio conexiune a arcului, ceea ce este necesar pentru clasificarea sa ca voltaic.
În același an, Davy a demonstrat public efectul în fața Societății Regale, trecând un curent electric prin două tije de carbon care se ating și apoi trăgându-le la o distanță mică. Demonstrația a arătat un arc „slab”, greu de distins de o scânteie constantă, între punctele de cărbune. Comunitatea științifică i-a oferit o baterie mai puternică de 1000 de plăci, iar în 1808 a demonstrat apariția unui arc voltaic la scară largă. De asemenea, i se atribuie numele în engleză (arc electric). El l-a numit arc pentru că ia forma unui arc în sus când distanța dintre electrozi devine apropiată. Acest lucru se datorează proprietăților conductoare ale gazului fierbinte.
Cum a apărut arcul voltaic? Primul arc continuu a fost înregistrat independent în 1802 și descris în 1803 drept „un lichid special cu proprietăți electrice” de către omul de știință rus Vasily Petrov, care experimenta o baterie cupru-zinc de 4.200 de discuri.
Studiu suplimentar
La sfârșitul secolului al XIX-lea, arcul voltaic era largfolosit pentru iluminatul public. Tendința arcurilor electrice de a pâlpâi și șuierat a fost o problemă majoră. În 1895, Hertha Marx Ayrton a scris o serie de lucrări despre electricitate, explicând că arcul voltaic a fost rezultatul contactului oxigenului cu tijele de carbon folosite pentru a crea arcul.
În 1899, a fost prima femeie care și-a prezentat propria lucrare în fața Institutului de Ingineri Electrici (IEE). Raportul ei a fost intitulat „Mecanismul arcului electric”. La scurt timp după aceea, Ayrton a fost aleasă ca prima femeie membru al Institutului de Ingineri Electrici. Următoarea femeie a fost admisă la institut deja în 1958. Ayrton a solicitat să citească o lucrare în fața Societății Regale, dar nu i s-a permis să facă acest lucru din cauza sexului ei, iar The Mechanism of the Electric Arc a fost citit de John Perry în locul ei în 1901.
Descriere
Un arc electric este un tip de descărcare electrică cu cea mai mare densitate de curent. Curentul maxim tras prin arc este limitat doar de mediu, nu de arcul în sine.
Arcul dintre doi electrozi poate fi inițiat prin ionizare și descărcare luminoasă atunci când curentul prin electrozi este crescut. Tensiunea de defalcare a spațiului electrodului este o funcție combinată a presiunii, a distanței dintre electrozi și a tipului de gaz din jurul electrozilor. Când pornește un arc, tensiunea la borne este mult mai mică decât cea a unei descărcări luminoase, iar curentul este mai mare. Un arc în gaze în apropierea presiunii atmosferice este caracterizat de lumină vizibilă,densitate mare de curent și temperatură ridicată. Diferă de o descărcare luminoasă prin faptul că temperaturile efective atât ale electronilor, cât și ale ionilor pozitivi sunt aproximativ aceleași, iar într-o descărcare luminoasă, ionii au energie termică mult mai mică decât electronii.
La sudare
Un arc extins poate fi inițiat de doi electrozi inițial în contact și separați în timpul experimentului. Această acțiune poate iniția un arc fără o descărcare luminoasă de în altă tensiune. Acesta este modul în care sudorul începe să sudeze îmbinarea atingând instantaneu electrodul de sudură cu piesa de prelucrat.
Un alt exemplu este separarea contactelor electrice de pe întrerupătoare, relee sau întrerupătoare. În circuitele de în altă energie, poate fi necesară suprimarea arcului pentru a preveni deteriorarea contactului.
Arc vultaic: caracteristici
Rezistența electrică de-a lungul unui arc continuu creează căldură care ionizează mai multe molecule de gaz (unde gradul de ionizare este determinat de temperatură), iar în conformitate cu această secvență, gazul se transformă treptat într-o plasmă termică care se află în echilibru termic deoarece temperatura este distribuită relativ uniform pentru toți atomii, moleculele, ionii și electronii. Energia transferată de electroni se dispersează rapid cu particulele mai grele prin ciocniri elastice datorită mobilității mari și numărului lor mare.
Curentul din arc este susținut de emisia termoionică și de câmp de electroni la catod. Actualpoate fi concentrat într-un punct fierbinte foarte mic de pe catod - de ordinul a un milion de amperi pe centimetru pătrat. Spre deosebire de descărcarea strălucitoare, structura arcului este greu de distins, deoarece coloana pozitivă este destul de strălucitoare și se extinde aproape până la electrozi la ambele capete. Căderea catodului și căderea anodului de câțiva volți au loc într-o fracțiune de milimetru din fiecare electrod. Coloana pozitivă are un gradient de tensiune mai scăzut și poate fi absentă în arcuri foarte scurte.
Arc de joasă frecvență
Frecvență joasă (mai puțin de 100 Hz) Arcul de curent alternativ seamănă cu arcul de curent continuu. La fiecare ciclu, arcul este inițiat de o defecțiune, iar electrozii își schimbă rolurile atunci când curentul își schimbă direcția. Pe măsură ce frecvența curentului crește, nu este suficient timp pentru ionizare la divergență în fiecare jumătate de ciclu și defalcarea nu mai este necesară pentru a menține arcul - caracteristica de tensiune și curent devine mai ohmică.
Un loc printre alte fenomene fizice
Diferitele forme de arc sunt proprietăți emergente ale modelelor neliniare de curent și câmp electric. Arcul are loc într-un spațiu umplut cu gaz între doi electrozi conductori (de multe ori wolfram sau carbon), rezultând temperaturi foarte ridicate capabile să topească sau să vaporizeze majoritatea materialelor. Un arc electric este o descărcare continuă, în timp ce o descărcare de scânteie electrică similară este instantanee. Un arc voltaic poate apărea fie în circuite de curent continuu, fie în circuite de curent alternativ. În acest din urmă caz, ea poatelovește fiecare semiciclu al curentului. Un arc electric diferă de o descărcare luminoasă prin faptul că densitatea curentului este destul de mare și căderea de tensiune în interiorul arcului este scăzută. La catod, densitatea de curent poate ajunge la un megaamper pe centimetru pătrat.
Potențial distructiv
Arcul electric are o relație neliniară între curent și tensiune. Odată ce arcul a fost creat (fie prin progresarea de la o descărcare luminoasă, fie prin atingerea momentană a electrozilor și apoi separarea lor), creșterea curentului are ca rezultat o tensiune mai mică între bornele arcului. Acest efect negativ de rezistență necesită ca o anumită formă de impedanță pozitivă (cum ar fi balastul electric) să fie plasată în circuit pentru a menține un arc stabil. Această proprietate este ceea ce face ca arcurile electrice necontrolate dintr-o mașină să fie atât de distructive, deoarece, odată ce are loc arcul, acesta va absorbi din ce în ce mai mult curent de la sursa de tensiune DC până când dispozitivul este distrus.
Aplicație practică
La scară industrială, arcurile electrice sunt utilizate pentru sudare, tăiere cu plasmă, prelucrare cu descărcare electrică, ca lampă cu arc în proiectoarele de film și în iluminat. Cuptoarele electrice cu arc sunt folosite pentru a produce oțel și alte substanțe. Carbura de calciu se obține în acest fel, deoarece pentru a realiza o reacție endotermă (la temperaturi de 2500 ° C) o cantitate mare deenergie.
Lămpile cu arc de carbon au fost primele lumini electrice. Au fost folosite pentru lămpile stradale în secolul al XIX-lea și pentru dispozitive specializate precum proiectoarele până în al Doilea Război Mondial. Astăzi, arcurile electrice de joasă presiune sunt utilizate în multe domenii. De exemplu, lămpile fluorescente, cu mercur, sodiu și cu halogenuri metalice sunt folosite pentru iluminat, în timp ce lămpile cu arc cu xenon sunt folosite pentru proiectoarele de film.
Formarea unui arc electric intens, cum ar fi un arc electric la scară mică, este baza detonatoarelor explozive. Când oamenii de știință au aflat ce este un arc voltaic și cum poate fi folosit, explozivii eficienți au completat varietatea de arme mondiale.
Principala aplicație rămasă este instalația de comutare de în altă tensiune pentru rețelele de transport. Dispozitivele moderne folosesc și hexafluorura de sulf de în altă presiune.
Concluzie
În ciuda frecvenței arsurilor arcului voltaic, este considerat un fenomen fizic foarte util, încă utilizat pe scară largă în industrie, producție și articole decorative. Are propria ei estetică și apare adesea în filme SF. Înfrângerea arcului voltaic nu este fatală.
