Når vi taler om karakteristika for en voltaisk bue, er det værd at nævne, at den har en lavere spænding end en glødeudladning og er afhængig af termionisk stråling af elektroner fra elektroderne, der understøtter buen. I engelsktalende lande betragtes dette udtryk som arkaisk og forældet.
Arc-undertrykkelsesteknikker kan bruges til at reducere lysbuens varighed eller sandsynligheden for buedannelse.
I slutningen af 1800-tallet blev den voltaiske lysbue meget brugt til offentlig belysning. Nogle lavtryks elektriske lysbuer bruges i mange applikationer. For eksempel bruges lysstofrør, kviksølv-, natrium- og metalhalogenlamper til belysning. Xenonbuelamper blev brugt til filmprojektorer.
Åbning af den elektriske bue
Dette fænomen menes først at være blevet beskrevet af Sir Humphry Davy i en artikel fra 1801 offentliggjort i William Nicholsons Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts. Fænomenet beskrevet af Davy var dog ikke en elektrisk lysbue, men kun en gnist. Senere opdagelsesrejsendeskrev: Dette er åbenbart ikke en beskrivelse af en bue, men af en gnist. Essensen af den første er, at den skal være sammenhængende, og dens poler må ikke røre ved, efter den er opstået. Gnisten skabt af Sir Humphry Davy var tydeligvis ikke kontinuerlig, og selvom den forblev ladet i nogen tid efter kontakt med kulstofatomer, var der højst sandsynligt ingen forbindelse mellem buen, hvilket er nødvendigt for dens klassificering som en voltaisk.
Samme år demonstrerede Davy offentligt effekten før Royal Society ved at føre en elektrisk strøm gennem to rørende kulstænger og derefter trække dem et kort stykke fra hinanden. Demonstrationen viste en "svag" bue, der næppe kunne skelnes fra en stabil gnist, mellem punkter af trækul. Det videnskabelige samfund forsynede ham med et kraftigere batteri på 1000 plader, og i 1808 demonstrerede han forekomsten af en voltaisk bue i stor skala. Han er også krediteret med dets navn på engelsk (elektrisk lysbue). Han kaldte det en bue, fordi det tager form af en opadgående bue, når afstanden mellem elektroderne bliver tæt. Dette skyldes varm gass ledende egenskaber.
Hvordan så den voltaiske bue ud? Den første kontinuerlige lysbue blev uafhængigt optaget i 1802 og beskrevet i 1803 som "en speciel væske med elektriske egenskaber" af den russiske videnskabsmand Vasily Petrov, som eksperimenterede med et 4.200-skive kobber-zink-batteri.
Yderligere undersøgelse
I slutningen af det nittende århundrede var den voltaiske bue udbredtbruges til offentlig belysning. Elbuernes tendens til at flimre og hvisle var et stort problem. I 1895 skrev Hertha Marx Ayrton en række artikler om elektricitet og forklarede, at den voltaiske bue var resultatet af ilt, der kom i kontakt med de kulstænger, der blev brugt til at skabe buen.
I 1899 var hun den første kvinde nogensinde, der gav sit eget papir for Institute of Electrical Engineers (IEE). Hendes rapport havde titlen "The Mechanism of the Electric Arc". Kort efter blev Ayrton valgt som det første kvindelige medlem af Institute of Electrical Engineers. Den næste kvinde blev optaget på instituttet allerede i 1958. Ayrton anmodede om at læse et papir for Royal Society, men fik ikke lov til at gøre det på grund af hendes køn, og The Mechanism of the Electric Arc blev læst af John Perry i hendes sted i 1901.
Description
En elektrisk lysbue er en type elektrisk udladning med den højeste strømtæthed. Den maksimale strøm, der trækkes gennem lysbuen, er kun begrænset af omgivelserne, ikke af selve lysbuen.
Buen mellem to elektroder kan initieres af ionisering og glødeudladning, når strømmen gennem elektroderne øges. Nedbrydningsspændingen af elektrodegabet er en kombineret funktion af tryk, afstanden mellem elektroderne og typen af gas, der omgiver elektroderne. Når en lysbue starter, er dens terminalspænding meget mindre end for en glødeudladning, og strømmen er højere. En bue i gasser nær atmosfærisk tryk er karakteriseret ved synligt lys,høj strømtæthed og høj temperatur. Det adskiller sig fra en glødeudladning ved, at de effektive temperaturer for både elektroner og positive ioner er omtrent det samme, og i en glødeudladning har ioner meget lavere termisk energi end elektroner.
Ved svejsning
En forlænget lysbue kan initieres af to elektroder, der først er i kontakt og adskilt under eksperimentet. Denne handling kan starte en lysbue uden en højspændingsglødeudladning. Det er den måde, svejseren begynder at svejse samlingen på ved øjeblikkeligt at røre svejseelektroden til emnet.
Et andet eksempel er adskillelse af elektriske kontakter på kontakter, relæer eller afbrydere. I højenergikredsløb kan det være nødvendigt at undertrykke lysbuen for at forhindre kontaktskade.
Voltaisk bue: karakteristika
Elektrisk modstand langs en kontinuerlig bue skaber varme, der ioniserer flere gasmolekyler (hvor graden af ionisering er bestemt af temperaturen), og i overensstemmelse med denne sekvens bliver gassen gradvist til et termisk plasma, der er i termisk ligevægt da temperaturen er relativt ensartet fordelt for alle atomer, molekyler, ioner og elektroner. Den energi, der overføres af elektronerne, spredes hurtigt med tungere partikler gennem elastiske kollisioner på grund af deres høje mobilitet og store antal.
Strømmen i buen understøttes af termion- og feltemission af elektroner ved katoden. Nuværendekan koncentreres i et meget lille hot spot på katoden - i størrelsesordenen en million ampere pr. kvadratcentimeter. I modsætning til glødeudladningen er buestrukturen næppe skelnelig, da den positive søjle er ret lys og strækker sig næsten til elektroderne i begge ender. Katodefaldet og anodefaldet på nogle få volt forekommer inden for en brøkdel af en millimeter fra hver elektrode. Den positive søjle har en lavere spændingsgradient og kan være fraværende i meget korte buer.
Lavfrekvent bue
Lavfrekvens (mindre end 100 Hz) AC-bue ligner jævnstrømsbue. På hver cyklus initieres lysbuen af et sammenbrud, og elektroderne skifter roller, når strømmen ændrer retning. Efterhånden som strømfrekvensen stiger, er der ikke tid nok til ionisering ved divergens i hver halve cyklus, og nedbrydning er ikke længere nødvendig for at opretholde lysbuen - spændings- og strømkarakteristikken bliver mere ohmsk.
Et sted blandt andre fysiske fænomener
Forskellige bueformer er nye egenskaber ved ikke-lineære strøm- og elektriske feltmønstre. Lysbuen opstår i et gasfyldt rum mellem to ledende elektroder (ofte wolfram eller kul), hvilket resulterer i meget høje temperaturer, der er i stand til at smelte eller fordampe de fleste materialer. En elektrisk lysbue er en kontinuerlig udladning, mens en lignende elektrisk gnistutladning er øjeblikkelig. En voltaisk lysbue kan forekomme enten i DC-kredsløb eller i AC-kredsløb. I sidstnævnte tilfælde kan hun evtslå hver halve cyklus af strømmen. En elektrisk lysbue adskiller sig fra en glødeudladning ved, at strømtætheden er ret høj, og spændingsfaldet i lysbuen er lavt. Ved katoden kan strømtætheden nå en megaampere pr. kvadratcentimeter.
Destruktivt potentiale
Den elektriske lysbue har et ikke-lineært forhold mellem strøm og spænding. Når lysbuen er blevet skabt (enten ved at gå videre fra en glødeudladning eller ved at røre ved elektroderne og derefter adskille dem), resulterer stigningen i strøm i en lavere spænding mellem lysbueterminalerne. Denne negative modstandseffekt kræver, at en form for positiv impedans (som elektrisk ballast) placeres i kredsløbet for at opretholde en stabil lysbue. Denne egenskab er det, der får ukontrollerede elektriske lysbuer i en maskine til at være så ødelæggende, da når lysbuen først opstår, vil den trække mere og mere strøm fra DC-spændingskilden, indtil enheden er ødelagt.
Praktisk anvendelse
I industriel skala bruges elektriske lysbuer til svejsning, plasmaskæring, elektrisk udladningsbearbejdning, som en lysbuelampe i filmprojektorer og i belysning. Elektriske lysbueovne bruges til at fremstille stål og andre stoffer. Calciumcarbid opnås på denne måde, da der for at opnå en endoterm reaktion (ved temperaturer på 2500 ° C) en stor mængde afenergi.
Carbon lysbuelys var de første elektriske lys. De blev brugt til gadelygter i det 19. århundrede og til specialiserede enheder som søgelys indtil Anden Verdenskrig. I dag bruges lavtryks lysbuer i mange områder. For eksempel bruges fluorescerende, kviksølv-, natrium- og metalhalogenlamper til belysning, mens xenon-buelamper bruges til filmprojektorer.
Dannelsen af en intens elektrisk lysbue, som en lysbue i lille skala, er grundlaget for eksplosive detonatorer. Da videnskabsmænd lærte, hvad en voltaisk bue er, og hvordan den kan bruges, har effektive sprængstoffer genopfyldt mangfoldigheden af verdens våben.
Den vigtigste resterende applikation er højspændingskoblingsudstyr til transmissionsnetværk. Moderne enheder bruger også højtrykssvovlhexafluorid.
Konklusion
På trods af hyppigheden af elektriske lysbueforbrændinger betragtes det som et meget nyttigt fysisk fænomen, der stadig er meget udbredt i industri, fremstilling og dekorative genstande. Hun har sin egen æstetik og er ofte med i sci-fi-film. Nederlaget for den voltaiske bue er ikke fat alt.
