Voltaik arkın özelliklerinden bahsederken, ışıma deşarjından daha düşük bir voltaja sahip olduğundan ve arkı destekleyen elektrotlardan gelen elektronların termiyonik radyasyonuna dayandığından bahsetmeye değer. İngilizce konuşulan ülkelerde bu terim eski ve modası geçmiş olarak kabul edilir.
Ark bastırma teknikleri, ark süresini veya ark olasılığını az altmak için kullanılabilir.
1800'lerin sonlarında, voltaik ark, genel aydınlatma için yaygın olarak kullanılıyordu. Bazı düşük basınçlı elektrik arkları birçok uygulamada kullanılmaktadır. Örneğin aydınlatma için floresan lambalar, cıva, sodyum ve metal halide lambalar kullanılmaktadır. Film projektörleri için ksenon ark lambaları kullanıldı.
Voltaik arkı açma
Bu fenomenin ilk olarak Sir Humphry Davy tarafından William Nicholson'ın Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts'ta yayınlanan 1801 tarihli bir makalede tanımlandığına inanılıyor. Bununla birlikte, Davy tarafından açıklanan fenomen bir elektrik arkı değil, sadece bir kıvılcımdı. Daha sonra kaşiflerşöyle yazdı: “Bu açıkça bir arkın değil, bir kıvılcımın tanımıdır. Birincisinin özü, sürekli olması ve ortaya çıktıktan sonra kutuplarının temas etmemesidir. Sir Humphry Davy tarafından yaratılan kıvılcım açıkça sürekli değildi ve karbon atomlarıyla temas ettikten sonra bir süre şarjlı kalmasına rağmen, voltaik olarak sınıflandırılması için gerekli olan ark bağlantısı büyük olasılıkla yoktu.
Aynı yıl Davy, birbirine temas eden iki karbon çubuktan bir elektrik akımı geçirerek ve ardından onları kısa bir mesafeye çekerek Royal Society'nin önünde etkisini halka açık bir şekilde gösterdi. Gösteri, kömür noktaları arasında sabit bir kıvılcımdan pek ayırt edilemeyen "zayıf" bir yay gösterdi. Bilimsel topluluk ona 1000 plakalık daha güçlü bir pil sağladı ve 1808'de büyük ölçekte bir voltaik ark oluşumunu gösterdi. Ayrıca İngilizce (elektrik arkı) adıyla da tanınır. Elektrotlar arasındaki mesafe yakınlaştığında yukarı doğru bir yay şeklini aldığı için buna ark adını verdi. Bu, sıcak gazın iletken özelliklerinden kaynaklanmaktadır.
Voltaik ark nasıl ortaya çıktı? İlk sürekli ark bağımsız olarak 1802'de kaydedildi ve 1803'te 4.200 diskli bakır-çinko pille deney yapan Rus bilim adamı Vasily Petrov tarafından "elektriksel özelliklere sahip özel bir sıvı" olarak tanımlandı.
İleri çalışma
On dokuzuncu yüzyılın sonunda, voltaik ark yaygın olarakgenel aydınlatma için kullanılır. Elektrik arklarının titreme ve tıslama eğilimi büyük bir problemdi. 1895'te Hertha Marx Ayrton, elektrik üzerine bir dizi makale yazdı ve voltaik arkın, ark oluşturmak için kullanılan karbon çubuklarla oksijenin temas etmesinin sonucu olduğunu açıkladı.
1899'da Elektrik Mühendisleri Enstitüsü'nden (IEE) önce kendi makalesini veren ilk kadındı. Raporunun başlığı "Elektrik Ark Mekanizması" idi. Kısa bir süre sonra Ayrton, Elektrik Mühendisleri Enstitüsü'nün ilk kadın üyesi olarak seçildi. Bir sonraki kadın, 1958'de enstitüye kabul edildi. Ayrton, Kraliyet Cemiyeti'nden önce bir makale okumak için dilekçe verdi, ancak cinsiyeti nedeniyle bunu yapmasına izin verilmedi ve Elektrik Ark Mekanizması 1901'de onun yerine John Perry tarafından okundu.
Açıklama
Elektrik arkı, en yüksek akım yoğunluğuna sahip bir elektrik boşalması türüdür. Arktan çekilen maksimum akım, arkın kendisi tarafından değil, yalnızca çevre ile sınırlıdır.
İki elektrot arasındaki ark, elektrotlardan geçen akım arttığında iyonizasyon ve ışıma deşarjı ile başlatılabilir. Elektrot aralığının arıza voltajı, basıncın, elektrotlar arasındaki mesafenin ve elektrotları çevreleyen gaz türünün birleşik bir fonksiyonudur. Bir ark başladığında, terminal voltajı bir ışıma deşarjından çok daha düşüktür ve akım daha yüksektir. Atmosferik basınca yakın gazlarda bir ark, görünür ışıkla karakterize edilir,yüksek akım yoğunluğu ve yüksek sıcaklık. Hem elektronların hem de pozitif iyonların etkin sıcaklıklarının yaklaşık olarak aynı olması ve bir ışıma boşalmasında iyonların elektronlardan çok daha düşük termal enerjiye sahip olması bakımından ışıma deşarjından farklıdır.
Kaynak yaparken
Uzatılmış bir ark, başlangıçta temas halinde olan ve deney sırasında ayrılan iki elektrot tarafından başlatılabilir. Bu eylem, yüksek voltajlı bir ışıma deşarjı olmadan bir ark başlatabilir. Bu, kaynakçının kaynak elektrodunu iş parçasına anında dokundurarak bağlantıya kaynak yapmaya başlamasıdır.
Başka bir örnek, anahtarlar, röleler veya devre kesicilerdeki elektrik kontaklarının ayrılmasıdır. Yüksek enerjili devrelerde kontak hasarını önlemek için ark bastırma gerekebilir.
Voltaik ark: karakteristik
Sürekli bir ark boyunca elektrik direnci, daha fazla gaz molekülünü iyonize eden (iyonizasyon derecesinin sıcaklığa göre belirlendiği) bir ısı yaratır ve bu sıraya göre, gaz yavaş yavaş termal dengede olan bir termal plazmaya dönüşür. çünkü sıcaklık tüm atomlar, moleküller, iyonlar ve elektronlar için nispeten düzgün bir şekilde dağılmıştır. Elektronlar tarafından aktarılan enerji, yüksek hareketlilikleri ve büyük sayıları nedeniyle elastik çarpışmalar yoluyla daha ağır parçacıklarla hızla dağılır.
Arktaki akım, katottaki elektronların termiyonik ve alan emisyonu tarafından desteklenir. Akımkatot üzerinde çok küçük bir sıcak noktada konsantre edilebilir - santimetre kare başına bir milyon amper mertebesinde. Işıma deşarjının aksine, pozitif sütun oldukça parlak olduğundan ve neredeyse her iki uçtaki elektrotlara kadar uzandığından ark yapısı pek ayırt edilemez. Birkaç voltluk katot düşüşü ve anot düşüşü, her elektrotun bir milimetrelik bir kesri içinde meydana gelir. Pozitif sütun daha düşük bir voltaj gradyanına sahiptir ve çok kısa arklarda olmayabilir.
Düşük frekanslı ark
Düşük frekans (100 Hz'den az) AC arkı DC arkına benzer. Her döngüde ark bir arıza ile başlatılır ve akım yön değiştirdiğinde elektrotlar rol değiştirir. Akım frekansı arttıkça, her yarım döngüde sapmada iyonizasyon için yeterli zaman yoktur ve arkı korumak için artık bozulmaya gerek yoktur - voltaj ve akım karakteristiği daha omik hale gelir.
Diğer fiziksel fenomenler arasında bir yer
Farklı ark şekilleri, doğrusal olmayan akım ve elektrik alan modellerinin ortaya çıkan özellikleridir. Ark, iki iletken elektrot (çoğunlukla tungsten veya karbon) arasındaki gazla dolu bir alanda meydana gelir ve çoğu malzemeyi eritebilen veya buharlaştırabilen çok yüksek sıcaklıklara neden olur. Bir elektrik arkı sürekli bir boşalmadır, benzer bir elektrik kıvılcımı boşalması ise anlıktır. DC devrelerinde veya AC devrelerinde bir voltaik ark oluşabilir. İkinci durumda, o olabilirakımın her yarım döngüsünü vurun. Bir elektrik arkı, akım yoğunluğunun oldukça yüksek olması ve ark içindeki voltaj düşüşünün düşük olması bakımından ışıma deşarjından farklıdır. Katotta akım yoğunluğu santimetre kare başına bir megaampere ulaşabilir.
Yıkıcı Potansiyel
Elektrik arkı, akım ve voltaj arasında doğrusal olmayan bir ilişkiye sahiptir. Ark bir kez oluşturulduktan sonra (ya bir ışıma deşarjından ilerleyerek ya da elektrotlara anlık olarak dokunarak ve ardından onları ayırarak), akımdaki artış, ark terminalleri arasında daha düşük bir voltaj ile sonuçlanır. Bu negatif direnç etkisi, kararlı bir ark sağlamak için devreye bir tür pozitif empedans (elektrikli balast gibi) yerleştirilmesini gerektirir. Bu özellik, bir makinedeki kontrolsüz elektrik arklarının çok yıkıcı olmasına neden olur, çünkü ark bir kez oluştuğunda, cihaz bozulana kadar DC voltaj kaynağından giderek daha fazla akım çekecektir.
Pratik uygulama
Endüstriyel ölçekte, elektrik arkları kaynak, plazma kesme, elektrik deşarjlı işleme için, film projektörlerinde ve aydınlatmada ark lambası olarak kullanılır. Elektrik ark ocakları çelik ve diğer maddeleri üretmek için kullanılır. Kalsiyum karbür bu şekilde elde edilir, çünkü endotermik bir reaksiyon (2500 ° C'lik sıcaklıklarda) elde etmek için büyük miktardaenerji.
Karbon ark lambaları ilk elektrik lambalarıydı. 19. yüzyılda sokak lambaları ve II. Dünya Savaşı'na kadar projektörler gibi özel cihazlar için kullanıldılar. Günümüzde düşük basınçlı elektrik arkları birçok alanda kullanılmaktadır. Örneğin aydınlatma için floresan, cıva, sodyum ve metal halide lambalar, film projektörleri için ksenon ark lambaları kullanılır.
Küçük ölçekli bir ark parlaması gibi yoğun bir elektrik arkının oluşumu, patlayıcı fünyelerin temelidir. Bilim adamları voltaik arkın ne olduğunu ve nasıl kullanılabileceğini öğrendiğinde, etkili patlayıcılar dünya silahlarının çeşitliliğini yeniledi.
Kalan ana uygulama, iletim ağları için yüksek gerilim ş alt sistemidir. Modern cihazlar ayrıca yüksek basınçlı kükürt heksaflorür kullanır.
Sonuç
Voltaik ark yanmalarının sıklığına rağmen, endüstride, imalatta ve dekoratif öğelerde hala yaygın olarak kullanılan çok faydalı bir fiziksel fenomen olarak kabul edilir. Kendine has bir estetiği var ve genellikle bilimkurgu filmlerinde boy gösteriyor. Voltaik arkın yenilgisi ölümcül değildir.
