När man talar om egenskaperna hos en voltaisk båge är det värt att nämna att den har en lägre spänning än en glödurladdning och förlitar sig på termionisk strålning av elektroner från elektroderna som stödjer bågen. I engelsktalande länder anses denna term vara arkaisk och föråldrad.
Bågundertryckningstekniker kan användas för att minska ljusbågens varaktighet eller sannolikheten för bågbildning.
I slutet av 1800-talet användes den voltaiska bågen i stor utsträckning för offentlig belysning. Vissa lågtrycksbågar används i många applikationer. Till exempel används lysrör, kvicksilver, natrium och metallhalogen för belysning. Xenonbågslampor användes för filmprojektorer.
Öppning av den elektriska bågen
Det här fenomenet tros ha beskrivits först av Sir Humphry Davy i en artikel från 1801 som publicerades i William Nicholsons Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts. Fenomenet som Davy beskrev var dock inte en elektrisk ljusbåge, utan bara en gnista. Senare upptäcktsresandeskrev: Detta är uppenbarligen inte en beskrivning av en båge, utan av en gnista. Kärnan i den första är att den måste vara kontinuerlig, och dess poler får inte röra vid efter att den har uppstått. Gnistan som skapades av Sir Humphry Davy var uppenbarligen inte kontinuerlig, och även om den förblev laddad en tid efter kontakt med kolatomer, fanns det med största sannolikhet ingen koppling mellan bågen, vilket är nödvändigt för att den ska klassificeras som en voltaisk.
Samma år demonstrerade Davy offentligt effekten inför Royal Society genom att leda en elektrisk ström genom två kolstavar som berörs och sedan dra dem en kort bit ifrån varandra. Demonstrationen visade en "svag" båge, knappt urskiljbar från en stadig gnista, mellan punkter av träkol. Det vetenskapliga samfundet försåg honom med ett kraftfullare batteri på 1000 plattor, och 1808 visade han förekomsten av en voltaisk båge i stor skala. Han är också krediterad med dess namn på engelska (electric arc). Han kallade det en båge eftersom det tar formen av en båge uppåt när avståndet mellan elektroderna blir nära. Detta beror på de ledande egenskaperna hos het gas.
Hur såg den elektriska bågen ut? Den första kontinuerliga bågen registrerades självständigt 1802 och beskrevs 1803 som "en speciell vätska med elektriska egenskaper" av den ryske vetenskapsmannen Vasily Petrov, som experimenterade med ett 4 200 skivor koppar-zinkbatteri.
Fortsättningsstudie
I slutet av artonhundratalet var den voltaiska bågen utbreddanvänds för offentlig belysning. Elbågens tendens att flimra och väsa var ett stort problem. År 1895 skrev Hertha Marx Ayrton en serie artiklar om elektricitet och förklarade att den voltaiska bågen var resultatet av att syre kom i kontakt med kolstavarna som användes för att skapa bågen.
År 1899 var hon den första kvinnan någonsin som gav sin egen tidning inför Institute of Electrical Engineers (IEE). Hennes rapport hade titeln "The Mechanism of the Electric Arc". Kort därefter valdes Ayrton till den första kvinnliga medlemmen av Institute of Electrical Engineers. Nästa kvinna antogs till institutet redan 1958. Ayrton begärde att få läsa en tidning inför Royal Society, men fick inte göra det på grund av sitt kön, och The Mechanism of the Electric Arc lästes av John Perry i hennes ställe 1901.
Description
En ljusbåge är en typ av elektrisk urladdning med den högsta strömtätheten. Den maximala strömmen som dras genom ljusbågen begränsas endast av omgivningen, inte av själva ljusbågen.
Bågen mellan två elektroder kan initieras av jonisering och glödurladdning när strömmen genom elektroderna ökas. Elektrodgapets genomslagsspänning är en kombinerad funktion av tryck, avstånd mellan elektroderna och typen av gas som omger elektroderna. När en ljusbåge startar är dess terminalspänning mycket lägre än en glödurladdning, och strömmen är högre. En båge i gaser nära atmosfärstryck kännetecknas av synligt ljus,hög strömtäthet och hög temperatur. Den skiljer sig från en glödurladdning genom att den effektiva temperaturen för både elektroner och positiva joner är ungefär densamma, och i en glödurladdning har joner mycket lägre termisk energi än elektroner.
Vid svetsning
En förlängd båge kan initieras av två elektroder som initi alt är i kontakt och separeras under experimentet. Denna åtgärd kan initiera en ljusbåge utan en högspänningsglödurladdning. Det är så här svetsaren börjar svetsa fogen genom att omedelbart röra svetselektroden mot arbetsstycket.
Ett annat exempel är separering av elektriska kontakter på brytare, reläer eller strömbrytare. I högenergikretsar kan ljusbågsdämpning krävas för att förhindra kontaktskador.
Voltaisk båge: egenskaper
Elektriskt motstånd längs en kontinuerlig båge skapar värme som joniserar fler gasmolekyler (där joniseringsgraden bestäms av temperaturen), och i enlighet med denna sekvens förvandlas gasen gradvis till ett termiskt plasma som är i termisk jämvikt eftersom temperaturen är relativt jämnt fördelad för alla atomer, molekyler, joner och elektroner. Energin som överförs av elektronerna sprids snabbt med tyngre partiklar genom elastiska kollisioner på grund av deras höga rörlighet och stora antal.
Strömmen i bågen stöds av termion- och fältemission av elektroner vid katoden. Nuvarandekan koncentreras till en mycket liten het punkt på katoden - i storleksordningen en miljon ampere per kvadratcentimeter. I motsats till glödurladdningen är bågstrukturen knappast urskiljbar, eftersom den positiva kolumnen är ganska ljus och sträcker sig nästan till elektroderna i båda ändar. Katodfallet och anodfallet på några få volt inträffar inom en bråkdel av en millimeter från varje elektrod. Den positiva kolumnen har en lägre spänningsgradient och kan saknas i mycket korta bågar.
Lågfrekvensbåge
Låg frekvens (mindre än 100 Hz) AC-båge liknar DC-båge. Vid varje cykel initieras ljusbågen av ett genombrott, och elektroderna byter roll när strömmen ändrar riktning. När strömfrekvensen ökar finns det inte tillräckligt med tid för jonisering vid divergens i varje halvcykel, och genombrott behövs inte längre för att bibehålla ljusbågen - spänningen och strömkarakteristiken blir mer ohmsk.
En plats bland andra fysiska fenomen
Olika bågformer är framväxande egenskaper hos icke-linjära ström- och elektriska fältmönster. Ljusbågen uppstår i ett gasfyllt utrymme mellan två ledande elektroder (ofta volfram eller kol), vilket resulterar i mycket höga temperaturer som kan smälta eller förånga de flesta material. En elektrisk ljusbåge är en kontinuerlig urladdning, medan en liknande elektrisk gnisturladdning är momentan. En ljusbåge kan uppstå antingen i DC-kretsar eller i AC-kretsar. I det senare fallet kan honslå varje halvcykel av strömmen. En elektrisk ljusbåge skiljer sig från en glödurladdning genom att strömtätheten är ganska hög och spänningsfallet inom ljusbågen är lågt. Vid katoden kan strömtätheten nå en megaampere per kvadratcentimeter.
Destruktiv potential
Elbågen har ett icke-linjärt förhållande mellan ström och spänning. När ljusbågen väl har skapats (antingen genom att gå från en glödurladdning eller genom att tillfälligt beröra elektroderna och sedan separera dem), resulterar ökningen i ström i en lägre spänning mellan bågklämmorna. Denna negativa resistanseffekt kräver att någon form av positiv impedans (som elektrisk ballast) placeras i kretsen för att bibehålla en stabil båge. Det är denna egenskap som gör att okontrollerade elektriska ljusbågar i en maskin är så destruktiva, eftersom när ljusbågen väl uppstår kommer den att dra mer och mer ström från likspänningskällan tills enheten förstörs.
Praktisk tillämpning
I industriell skala används ljusbågar för svetsning, plasmaskärning, elektrisk urladdningsbearbetning, som en ljusbågslampa i filmprojektorer och i belysning. Elektriska ljusbågsugnar används för att tillverka stål och andra ämnen. Kalciumkarbid erhålls på detta sätt, eftersom för att uppnå en endoterm reaktion (vid temperaturer på 2500 ° C) en stor mängd avenergi.
Carbon arc lights var de första elektriska lamporna. De användes för gatlyktor på 1800-talet och för specialiserade anordningar som strålkastare fram till andra världskriget. Idag används lågtrycksbågar inom många områden. Till exempel används lysrör, kvicksilver, natrium och metallhalogen för belysning, medan xenonbågslampor används för filmprojektorer.
Bildandet av en intensiv elektrisk ljusbåge, som en småskalig ljusbåge, är grunden för explosiva detonatorer. När forskare lärde sig vad en voltaisk båge är och hur den kan användas, har effektiva sprängämnen fyllt på med världens olika vapen.
Den huvudsakliga återstående applikationen är högspänningsställverk för transmissionsnät. Moderna enheter använder också högtryckssvavelhexafluorid.
Slutsats
Trots frekvensen av ljusbågsbrännskador anses det vara ett mycket användbart fysiskt fenomen, som fortfarande används i stor utsträckning inom industri, tillverkning och dekorativa föremål. Hon har sin egen estetik och är ofta med i sci-fi-filmer. Nederlaget för den voltaiska bågen är inte dödligt.
