Kung pinag-uusapan ang mga katangian ng isang voltaic arc, ito ay nagkakahalaga ng pagbanggit na ito ay may mas mababang boltahe kaysa sa isang glow discharge at umaasa sa thermionic radiation ng mga electron mula sa mga electrodes na sumusuporta sa arc. Sa mga bansang nagsasalita ng English, ang terminong ito ay itinuturing na lipas na at lipas na.
Maaaring gamitin ang mga diskarte sa pagsugpo sa arko upang bawasan ang tagal ng arc o ang posibilidad ng pag-arce.
Noong huling bahagi ng 1800s, malawakang ginagamit ang voltaic arc para sa pampublikong ilaw. Ang ilang mga low pressure electric arc ay ginagamit sa maraming aplikasyon. Halimbawa, ang mga fluorescent lamp, mercury, sodium at metal halide lamp ay ginagamit para sa pag-iilaw. Ginamit ang mga Xenon arc lamp para sa mga projector ng pelikula.
Pagbukas ng voltaic arc
Ang phenomenon na ito ay pinaniniwalaang unang inilarawan ni Sir Humphry Davy sa isang artikulo noong 1801 na inilathala sa Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts ni William Nicholson. Gayunpaman, ang hindi pangkaraniwang bagay na inilarawan ni Davy ay hindi isang electric arc, ngunit isang spark lamang. Mamaya exploreray sumulat: Ito ay malinaw na isang paglalarawan hindi ng isang arko, ngunit ng isang spark. Ang kakanyahan ng una ay dapat itong tuluy-tuloy, at ang mga poste nito ay hindi dapat magkadikit pagkatapos na ito ay bumangon. Ang spark na nilikha ni Sir Humphry Davy ay malinaw na hindi tuloy-tuloy, at bagama't nanatili itong naka-charge nang ilang panahon pagkatapos makipag-ugnayan sa mga carbon atom, malamang na walang koneksyon ang arko, na kinakailangan para sa pag-uuri nito bilang isang voltaic.
Sa parehong taon, ipinakita ni Davy sa publiko ang epekto sa Royal Society sa pamamagitan ng pagpasa ng electric current sa dalawang magkadikit na carbon rod at pagkatapos ay hinila ang mga ito sa isang maikling distansya. Ang demonstrasyon ay nagpakita ng isang "mahina" na arko, na halos hindi makilala mula sa isang tuluy-tuloy na spark, sa pagitan ng mga punto ng uling. Ang siyentipikong komunidad ay nagbigay sa kanya ng isang mas malakas na baterya ng 1000 na mga plato, at noong 1808 ipinakita niya ang paglitaw ng isang voltaic arc sa isang malaking sukat. Siya rin ay kredito sa pangalan nito sa Ingles (electric arc). Tinawag niya itong isang arko dahil ito ay tumatagal ng anyo ng isang paitaas na busog kapag ang distansya sa pagitan ng mga electrodes ay nagiging malapit. Ito ay dahil sa mga conductive properties ng mainit na gas.
Paano lumitaw ang voltaic arc? Ang unang tuloy-tuloy na arko ay nakapag-iisa na naitala noong 1802 at inilarawan noong 1803 bilang "isang espesyal na likido na may mga katangiang elektrikal" ng Russian scientist na si Vasily Petrov, na nag-eeksperimento sa isang 4,200-disc na copper-zinc na baterya.
Karagdagang pag-aaral
Sa pagtatapos ng ikalabinsiyam na siglo, malawak ang voltaic arcginagamit para sa pampublikong ilaw. Ang pagkahilig ng mga electric arc na kumurap at sumirit ay isang malaking problema. Noong 1895, sumulat si Hertha Marx Ayrton ng isang serye ng mga papel tungkol sa kuryente, na nagpapaliwanag na ang voltaic arc ay resulta ng oxygen na dumarating sa mga carbon rod na ginamit sa paggawa ng arc.
Noong 1899, siya ang unang babaeng nagbigay ng sarili niyang papel bago ang Institute of Electrical Engineers (IEE). Ang kanyang ulat ay pinamagatang "The Mechanism of the Electric Arc". Di-nagtagal pagkatapos noon, nahalal si Ayrton bilang unang babaeng miyembro ng Institute of Electrical Engineers. Ang susunod na babae ay natanggap sa institute na noong 1958. Nagpetisyon si Ayrton na magbasa ng isang papel sa harap ng Royal Society, ngunit hindi pinahintulutang gawin iyon dahil sa kanyang kasarian, at ang The Mechanism of the Electric Arc ay binasa ni John Perry bilang kahalili niya noong 1901.
Paglalarawan
Ang electric arc ay isang uri ng electric discharge na may pinakamataas na density ng kasalukuyang. Ang maximum na kasalukuyang iginuhit sa pamamagitan ng arko ay limitado lamang ng kapaligiran, hindi ng mismong arko.
Ang arko sa pagitan ng dalawang electrodes ay maaaring simulan sa pamamagitan ng ionization at glow discharge kapag tumaas ang current sa pamamagitan ng mga electrodes. Ang breakdown boltahe ng electrode gap ay isang pinagsamang function ng pressure, distansya sa pagitan ng mga electrodes, at ang uri ng gas na nakapalibot sa mga electrodes. Kapag nagsimula ang isang arko, ang boltahe ng terminal nito ay mas mababa kaysa sa paglabas ng glow, at mas mataas ang kasalukuyang. Ang isang arko sa mga gas na malapit sa atmospheric pressure ay nailalarawan sa pamamagitan ng nakikitang liwanag,mataas na kasalukuyang density at mataas na temperatura. Naiiba ito sa glow discharge dahil halos magkapareho ang epektibong temperatura ng mga electron at positive ions, at sa glow discharge, ang mga ion ay may mas mababang thermal energy kaysa sa mga electron.
Kapag hinang
Maaaring simulan ang isang pinahabang arko sa pamamagitan ng dalawang electrodes sa simulang magkadikit at paghiwalayin sa panahon ng eksperimento. Ang pagkilos na ito ay maaaring magsimula ng isang arko nang walang mataas na boltahe na paglabas ng glow. Ito ang paraan ng pagsisimula ng welder sa pagwelding ng joint sa pamamagitan ng agarang paghawak sa welding electrode sa workpiece.
Ang isa pang halimbawa ay ang paghihiwalay ng mga electrical contact sa mga switch, relay o circuit breaker. Sa mga high energy circuit, maaaring kailanganin ang arc suppression para maiwasan ang pagkasira ng contact.
Voltaic arc: mga katangian
Ang elektrikal na resistensya sa isang tuluy-tuloy na arko ay lumilikha ng init na nag-iionize ng mas maraming molekula ng gas (kung saan ang antas ng ionization ay tinutukoy ng temperatura), at alinsunod sa pagkakasunud-sunod na ito, ang gas ay unti-unting nagiging isang thermal plasma na nasa thermal equilibrium dahil ang temperatura ay medyo pantay na ipinamamahagi para sa lahat ng mga atomo, molekula, ion at mga electron. Ang enerhiya na inililipat ng mga electron ay mabilis na nakakalat sa mas mabibigat na mga particle sa pamamagitan ng elastic na banggaan dahil sa kanilang mataas na kadaliang kumilos at malalaking numero.
Ang kasalukuyang nasa arko ay sinusuportahan ng thermionic at field emission ng mga electron sa cathode. Kasalukuyanay maaaring puro sa isang napakaliit na hot spot sa katod - sa pagkakasunud-sunod ng isang milyong amperes bawat square centimeter. Sa kaibahan sa glow discharge, ang istraktura ng arko ay halos hindi nakikilala, dahil ang positibong haligi ay medyo maliwanag at umaabot halos sa mga electrodes sa magkabilang dulo. Ang cathode drop at ang anode drop ng ilang volts ay nangyayari sa loob ng isang fraction ng isang milimetro ng bawat elektrod. Ang positibong column ay may mas mababang gradient ng boltahe at maaaring wala sa napakaikling mga arko.
Low frequency arc
Mababang frequency (mas mababa sa 100 Hz) Ang AC arc ay kahawig ng DC arc. Sa bawat cycle, ang arko ay sinisimulan sa pamamagitan ng pagkasira, at ang mga electrodes ay nagbabago ng mga tungkulin kapag ang kasalukuyang nagbabago ng direksyon. Habang tumataas ang kasalukuyang frequency, walang sapat na oras para sa ionization sa divergence sa bawat kalahating cycle, at hindi na kailangan ang breakdown para mapanatili ang arc - nagiging ohmic ang boltahe at kasalukuyang katangian.
Isang lugar bukod sa iba pang pisikal na phenomena
Ang iba't ibang hugis ng arko ay mga umuusbong na katangian ng non-linear current at electric field pattern. Ang arko ay nangyayari sa isang puwang na puno ng gas sa pagitan ng dalawang conductive electrodes (madalas na tungsten o carbon), na nagreresulta sa napakataas na temperatura na may kakayahang matunaw o maalis ang karamihan sa mga materyales. Ang isang electric arc ay isang tuluy-tuloy na discharge, habang ang isang katulad na electric spark discharge ay madalian. Ang isang voltaic arc ay maaaring mangyari alinman sa DC circuits o sa AC circuits. Sa huling kaso, maaari siyanghampasin ang bawat kalahating cycle ng kasalukuyang. Ang isang electric arc ay naiiba sa isang glow discharge dahil ang kasalukuyang density ay medyo mataas at ang pagbaba ng boltahe sa loob ng arc ay mababa. Sa cathode, ang kasalukuyang density ay maaaring umabot sa isang megaampere bawat square centimeter.
Mapanirang Potensyal
Ang electric arc ay may non-linear na relasyon sa pagitan ng current at boltahe. Kapag nalikha na ang arko (alinman sa pamamagitan ng pag-usad mula sa isang glow discharge o sa sandaling pagpindot sa mga electrodes at pagkatapos ay paghiwalayin ang mga ito), ang pagtaas ng kasalukuyang nagreresulta sa mas mababang boltahe sa pagitan ng mga terminal ng arko. Ang negatibong epekto ng paglaban na ito ay nangangailangan ng ilang anyo ng positibong impedance (tulad ng electrical ballast) na ilagay sa circuit upang mapanatili ang isang matatag na arko. Ang pag-aari na ito ang nagiging sanhi ng hindi nakokontrol na mga arko ng kuryente sa isang makina upang maging lubhang mapanira, dahil sa sandaling mangyari ang arko ay kukuha ito ng higit at higit na kasalukuyang mula sa pinagmumulan ng boltahe ng DC hanggang sa masira ang device.
Praktikal na aplikasyon
Sa isang pang-industriya na sukat, ang mga electric arc ay ginagamit para sa welding, plasma cutting, electrical discharge machining, bilang arc lamp sa mga projector ng pelikula at sa pag-iilaw. Ang mga electric arc furnace ay ginagamit upang makagawa ng bakal at iba pang mga sangkap. Ang k altsyum carbide ay nakuha sa ganitong paraan, dahil upang makamit ang isang endothermic reaksyon (sa temperatura ng 2500 ° C) isang malaking halaga ngenerhiya.
Mga carbon arc light ang unang electric light. Ginamit ang mga ito para sa mga street lamp noong ika-19 na siglo at para sa mga espesyal na kagamitan tulad ng mga searchlight hanggang sa World War II. Ngayon ang mga low pressure electric arc ay ginagamit sa maraming lugar. Halimbawa, ang mga fluorescent, mercury, sodium at metal halide lamp ay ginagamit para sa pag-iilaw, habang ang mga xenon arc lamp ay ginagamit para sa mga projector ng pelikula.
Ang pagbuo ng matinding electric arc, tulad ng small-scale arc flash, ay ang batayan ng mga paputok na detonator. Nang malaman ng mga siyentipiko kung ano ang isang voltaic arc at kung paano ito magagamit, ang mga mabisang pampasabog ay muling nagpuno ng iba't ibang mga sandata sa mundo.
Ang pangunahing natitirang application ay high voltage switchgear para sa mga transmission network. Gumagamit din ang mga modernong device ng high pressure sulfur hexafluoride.
Konklusyon
Sa kabila ng dalas ng pagkasunog ng voltaic arc, ito ay itinuturing na isang napaka-kapaki-pakinabang na pisikal na kababalaghan, na malawakang ginagamit sa industriya, pagmamanupaktura at mga pandekorasyon na bagay. Siya ay may sariling aesthetic at madalas na itinampok sa mga pelikulang sci-fi. Ang pagkatalo ng voltaic arc ay hindi nakamamatay.
