Når vi snakker om egenskapene til en voltaisk bue, er det verdt å nevne at den har en lavere spenning enn en glødeutladning og er avhengig av termionisk stråling av elektroner fra elektrodene som støtter lysbuen. I engelsktalende land anses dette begrepet som arkaisk og foreldet.
Bueundertrykkelsesteknikker kan brukes for å redusere lysbuevarigheten eller sannsynligheten for buedannelse.
På slutten av 1800-tallet ble den voltaiske lysbuen mye brukt til offentlig belysning. Noen lavtrykks elektriske lysbuer brukes i mange applikasjoner. For eksempel brukes fluorescerende lamper, kvikksølv, natrium og metallhalogenlamper til belysning. Xenonbuelamper ble brukt til filmprojektorer.
Åpning av den elektriske buen
Dette fenomenet antas først å ha blitt beskrevet av Sir Humphry Davy i en artikkel fra 1801 publisert i William Nicholsons Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts. Fenomenet beskrevet av Davy var imidlertid ikke en elektrisk lysbue, men bare en gnist. Senere oppdagereskrev: Dette er åpenbart ikke en beskrivelse av en bue, men av en gnist. Essensen av den første er at den må være kontinuerlig, og polene må ikke berøre etter at den har oppstått. Gnisten skapt av Sir Humphry Davy var tydeligvis ikke kontinuerlig, og selv om den forble ladet en stund etter kontakt med karbonatomer, var det mest sannsynlig ingen forbindelse mellom buen, noe som er nødvendig for dens klassifisering som en voltaisk.
Samme år demonstrerte Davy offentlig effekten før Royal Society ved å sende en elektrisk strøm gjennom to karbonstaver som berører hverandre og deretter trekke dem et lite stykke fra hverandre. Demonstrasjonen viste en "svak" bue, som knapt kan skilles fra en jevn gnist, mellom kullpunkter. Det vitenskapelige samfunnet ga ham et kraftigere batteri på 1000 plater, og i 1808 demonstrerte han forekomsten av en voltaisk bue i stor skala. Han er også kreditert med navnet på engelsk (elektrisk lysbue). Han k alte det en bue fordi det tar form av en oppadgående bue når avstanden mellom elektrodene blir tett. Dette skyldes de ledende egenskapene til varm gass.
Hvordan så den elektriske lysbuen ut? Den første kontinuerlige lysbuen ble uavhengig registrert i 1802 og beskrevet i 1803 som "en spesiell væske med elektriske egenskaper" av den russiske vitenskapsmannen Vasily Petrov, som eksperimenterte med et 4200-plater kobber-sink-batteri.
Videre studier
På slutten av det nittende århundre var den voltaiske buen vidtbrukes til offentlig belysning. Tendensen til elektriske lysbuer til å flimre og suse var et stort problem. I 1895 skrev Hertha Marx Ayrton en serie artikler om elektrisitet, og forklarte at den voltaiske buen var et resultat av at oksygen kom i kontakt med karbonstavene som ble brukt til å lage buen.
I 1899 var hun den første kvinnen noensinne som ga sitt eget papir for Institute of Electrical Engineers (IEE). Rapporten hennes hadde tittelen "The Mechanism of the Electric Arc". Kort tid etter ble Ayrton valgt som det første kvinnelige medlemmet av Institute of Electrical Engineers. Den neste kvinnen ble tatt opp på instituttet allerede i 1958. Ayrton begjærte å få lese et papir for Royal Society, men fikk ikke lov til å gjøre det på grunn av kjønnet hennes, og The Mechanism of the Electric Arc ble lest av John Perry i hennes sted i 1901.
Description
En elektrisk lysbue er en type elektrisk utladning med høyest strømtetthet. Den maksimale strømmen som trekkes gjennom lysbuen begrenses kun av miljøet, ikke av selve lysbuen.
Buen mellom to elektroder kan initieres av ionisering og glødeutladning når strømmen gjennom elektrodene økes. Nedbrytningsspenningen til elektrodegapet er en kombinert funksjon av trykk, avstand mellom elektrodene og typen gass som omgir elektrodene. Når en lysbue starter, er terminalspenningen mye mindre enn for en glødeutladning, og strømmen er høyere. En bue i gasser nær atmosfærisk trykk er preget av synlig lys,høy strømtetthet og høy temperatur. Den skiller seg fra en glødeutladning ved at de effektive temperaturene til både elektroner og positive ioner er omtrent like, og i en glødeutladning har ioner mye lavere termisk energi enn elektroner.
Ved sveising
En utvidet lysbue kan initieres av to elektroder som først er i kontakt og separeres under eksperimentet. Denne handlingen kan initiere en lysbue uten en høyspent glødeutladning. Dette er måten sveiseren begynner å sveise skjøten ved å umiddelbart berøre sveiseelektroden til arbeidsstykket.
Et annet eksempel er separasjon av elektriske kontakter på brytere, releer eller effektbrytere. I høyenergikretser kan det være nødvendig å undertrykke lysbuen for å forhindre kontaktskade.
Voltaisk bue: egenskaper
Elektrisk motstand langs en kontinuerlig bue skaper varme som ioniserer flere gassmolekyler (der graden av ionisering bestemmes av temperaturen), og i samsvar med denne sekvensen blir gassen gradvis til et termisk plasma som er i termisk likevekt da temperaturen er relativt jevnt fordelt for alle atomer, molekyler, ioner og elektroner. Energien som overføres av elektronene spres raskt med tyngre partikler gjennom elastiske kollisjoner på grunn av deres høye mobilitet og store antall.
Strømmen i buen støttes av termionisk og feltemisjon av elektroner ved katoden. Nåværendekan konsentreres i et veldig lite hot spot på katoden - i størrelsesorden en million ampere per kvadratcentimeter. I motsetning til glødeutladningen er lysbuestrukturen knapt mulig å skille, siden den positive søylen er ganske lys og strekker seg nesten til elektrodene i begge ender. Katodefallet og anodefallet på noen få volt forekommer innenfor en brøkdel av en millimeter fra hver elektrode. Den positive kolonnen har en lavere spenningsgradient og kan være fraværende i svært korte buer.
Lavfrekvensbue
Lavfrekvens (mindre enn 100 Hz) AC-bue ligner DC-bue. På hver syklus initieres lysbuen av et sammenbrudd, og elektrodene skifter roller når strømmen endrer retning. Ettersom strømfrekvensen øker, er det ikke nok tid til ionisering ved divergens i hver halvsyklus, og nedbrytning er ikke lenger nødvendig for å opprettholde lysbuen - spennings- og strømkarakteristikken blir mer ohmsk.
Et sted blant andre fysiske fenomener
Ulike bueformer er nye egenskaper til ikke-lineære strøm- og elektriske feltmønstre. Buen oppstår i et gassfylt rom mellom to ledende elektroder (ofte wolfram eller karbon), noe som resulterer i svært høye temperaturer som er i stand til å smelte eller fordampe de fleste materialer. En elektrisk lysbue er en kontinuerlig utladning, mens en lignende elektrisk gnistutladning er øyeblikkelig. En voltaisk lysbue kan oppstå enten i DC-kretser eller i AC-kretser. I sistnevnte tilfelle kan hun evtslå hver halvsyklus av strømmen. En elektrisk lysbue skiller seg fra en glødeutladning ved at strømtettheten er ganske høy og spenningsfallet i lysbuen er lavt. Ved katoden kan strømtettheten nå én megaampere per kvadratcentimeter.
Destruktivt potensial
Den elektriske lysbuen har et ikke-lineært forhold mellom strøm og spenning. Når lysbuen er opprettet (enten ved å gå videre fra en glødeutladning eller ved å berøre elektrodene midlertidig og deretter separere dem), resulterer økningen i strøm i en lavere spenning mellom lysbueterminalene. Denne negative motstandseffekten krever at en form for positiv impedans (som elektrisk ballast) plasseres i kretsen for å opprettholde en stabil lysbue. Det er denne egenskapen som får ukontrollerte elektriske lysbuer i en maskin til å være så ødeleggende, ettersom lysbuen først oppstår vil trekke mer og mer strøm fra likespenningskilden til enheten er ødelagt.
Praktisk bruk
I industriell skala brukes elektriske lysbuer til sveising, plasmaskjæring, elektrisk utladningsbearbeiding, som en lysbuelampe i filmprojektorer og i belysning. Elektriske lysbueovner brukes til å produsere stål og andre stoffer. Kalsiumkarbid oppnås på denne måten, siden for å oppnå en endoterm reaksjon (ved temperaturer på 2500 ° C) en stor mengdeenergi.
Karbonlysbuelys var de første elektriske lysene. De ble brukt til gatelykter på 1800-tallet og til spesialiserte enheter som søkelys frem til andre verdenskrig. I dag brukes lavtrykks lysbuer på mange områder. For eksempel brukes fluorescerende, kvikksølv-, natrium- og metallhalogenlamper til belysning, mens xenon-lysbuelamper brukes til filmprojektorer.
Dannelsen av en intens elektrisk lysbue, som en lysbue i liten skala, er grunnlaget for eksplosive detonatorer. Da forskere lærte hva en voltaisk bue er og hvordan den kan brukes, har effektive eksplosiver fylt opp mangfoldet av verdens våpen.
Den gjenværende hovedapplikasjonen er høyspentkoblingsanlegg for overføringsnett. Moderne enheter bruker også høytrykks svovelheksafluorid.
Konklusjon
Til tross for hyppigheten av forbrenninger av voltaiske lysbuer, regnes det som et svært nyttig fysisk fenomen, som fortsatt er mye brukt i industri, produksjon og dekorative gjenstander. Hun har sin egen estetikk og er ofte omt alt i sci-fi-filmer. Nederlaget til den voltaiske buen er ikke dødelig.
