Ko govorimo o značilnostih voltaičnega loka, velja omeniti, da ima nižjo napetost kot sijalna razelektritev in se zanaša na termoionično sevanje elektronov iz elektrod, ki podpirajo lok. V angleško govorečih državah ta izraz velja za arhaičnega in zastarelega.
Tehnike zatiranja obloka se lahko uporabijo za zmanjšanje trajanja obloka ali verjetnosti obloka.
V poznih 1800-ih je bil voltaični lok široko uporabljen za javno razsvetljavo. Nekateri nizkotlačni električni loki se uporabljajo v številnih aplikacijah. Za razsvetljavo se na primer uporabljajo fluorescenčne sijalke, živosrebrne, natrijeve in metalhalogene sijalke. Ksenonske obločne sijalke so bile uporabljene za filmske projektorje.
Odpiranje voltaičnega loka
Ta pojav naj bi prvi opisal sir Humphry Davy v članku iz leta 1801, objavljenem v Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts Williama Nicholsona. Vendar pojav, ki ga je opisal Davy, ni bil električni lok, ampak le iskra. Kasnejši raziskovalcije zapisal: »To očitno ni opis loka, ampak iskre. Bistvo prvega je, da mora biti neprekinjen in se njegovi poli ne smejo dotikati, potem ko je nastal. Iskra, ki jo je ustvaril Sir Humphry Davy, očitno ni bila neprekinjena, in čeprav je po stiku z atomi ogljika še nekaj časa ostala napolnjena, najverjetneje ni bilo povezave loka, ki je potrebna za njegovo razvrstitev kot voltaičnega.
Istega leta je Davy javno demonstriral učinek pred Kraljevo družbo tako, da je prepustil električni tok skozi dve ogljikovi palici, ki se dotikata, in ju nato potegnil na kratko razdaljo. Demonstracija je pokazala "šibek" lok, ki ga je težko razlikovati od stalne iskre, med točkami oglja. Znanstvena skupnost mu je priskrbela močnejšo baterijo 1000 plošč, leta 1808 pa je dokazal pojav voltaičnega loka v velikem obsegu. Pripisujejo mu tudi njegovo ime v angleščini (električni lok). Imenoval ga je lok, ker ima obliko loka navzgor, ko se razdalja med elektrodama zbliža. To je posledica prevodnih lastnosti vročega plina.
Kako se je pojavil voltaični lok? Prvi neprekinjen lok je leta 1802 neodvisno posnel in leta 1803 opisal kot "posebno tekočino z električnimi lastnostmi" ruski znanstvenik Vasilij Petrov, ki je eksperimentiral s 4.200 diskovno bakreno-cinkovo baterijo.
Nadaljnji študij
Ob koncu devetnajstega stoletja je bil voltaični lok zelo razširjenuporablja za javno razsvetljavo. Velika težava je bila nagnjenost električnih lokov k utripanju in sikanju. Leta 1895 je Hertha Marx Ayrton napisala vrsto prispevkov o elektriki in pojasnila, da je bil voltaični lok posledica stika kisika z ogljikovimi palicami, uporabljenimi za ustvarjanje loka.
Leta 1899 je bila prva ženska, ki je dala svoj prispevek pred Inštitutom za elektrotehnike (IEE). Njeno poročilo je bilo naslovljeno "Mehanizem električnega loka". Kmalu zatem je bila Ayrtonova izvoljena za prvo žensko članico Inštituta za elektrotehnike. Naslednja ženska je bila sprejeta na inštitut že leta 1958. Ayrton je zaprosil za branje prispevka pred Kraljevo družbo, vendar tega ni smela storiti zaradi svojega spola, Mehanizem električnega loka pa je leta 1901 namesto nje prebral John Perry.
Opis
Električni lok je vrsta električnega razelektritve z najvišjo gostoto toka. Največji tok, ki ga vleče skozi lok, je omejen samo z okoljem, ne z samim lokom.
Lok med dvema elektrodama se lahko sproži z ionizacijo in sijočim razelektritvijo, ko se tok skozi elektrode poveča. Napetost razbitja elektrodne reže je kombinirana funkcija tlaka, razdalje med elektrodama in vrste plina, ki obdaja elektrode. Ko se lok začne, je napetost na njegovem terminalu veliko manjša od napetosti žarilne razelektritve, tok pa je višji. Za lok v plinih blizu atmosferskega tlaka je značilna vidna svetloba,visoka gostota toka in visoka temperatura. Od žareče razelektritve se razlikuje po tem, da so efektivne temperature tako elektronov kot pozitivnih ionov približno enake, pri žareči razelektritvi pa imajo ioni veliko nižjo toplotno energijo kot elektroni.
Pri varjenju
Razširjeni lok lahko sprožita dve elektrodi, ki sta na začetku v stiku in med poskusom ločeni. To dejanje lahko sproži lok brez visokonapetostnega sijalnega razelektritve. To je način, kako varilec začne variti spoj tako, da se varilna elektroda takoj dotakne obdelovanca.
Drug primer je ločitev električnih kontaktov na stikalih, relejih ali odklopnikih. V visokoenergetskih tokokrogih bo morda potrebno dušenje loka, da se prepreči poškodba stika.
Voltaični lok: značilnosti
Električni upor vzdolž neprekinjenega loka ustvarja toploto, ki ionizira več molekul plina (kjer je stopnja ionizacije določena s temperaturo), in v skladu s tem zaporedjem se plin postopoma spremeni v toplotno plazmo, ki je v toplotnem ravnovesju saj je temperatura relativno enakomerno porazdeljena za vse atome, molekule, ione in elektrone. Energija, ki jo prenašajo elektroni, se zaradi njihove visoke mobilnosti in velikega števila hitro razprši s težjimi delci z elastičnimi trki.
Tok v loku je podprt s termoionsko in poljsko emisijo elektronov na katodi. Trenutnise lahko koncentrira v zelo majhni vroči točki na katodi - približno milijon amperov na kvadratni centimeter. V nasprotju s sijočo razelektritvijo je struktura loka komaj ločljiva, saj je pozitivni stolpec precej svetel in sega skoraj do elektrod na obeh koncih. Katodni in anodni padec za nekaj voltov se pojavita znotraj delčka milimetra vsake elektrode. Pozitivni stolpec ima nižji napetostni gradient in je lahko odsoten v zelo kratkih lokih.
nizkofrekvenčni lok
Nizkofrekvenčni (manj kot 100 Hz) AC lok je podoben enosmernemu loku. V vsakem ciklu se lok sproži z okvaro, elektrode pa zamenjajo vlogo, ko tok spremeni smer. Ko se frekvenca toka poveča, ni dovolj časa za ionizacijo pri razhajanju v vsakem polciklu in razčlenitev ni več potrebna za vzdrževanje loka - napetostna in tokovna karakteristika postaneta bolj ohmična.
Mesto med drugimi fizičnimi pojavi
Različne oblike loka so nastajajoče lastnosti nelinearnega toka in vzorcev električnega polja. Lok se pojavi v prostoru, napolnjenem s plinom, med dvema prevodnima elektrodama (pogosto volframom ali ogljikom), kar ima za posledico zelo visoke temperature, ki lahko stopijo ali uparijo večino materialov. Električni lok je neprekinjena razelektritev, medtem ko je podobna električna iskra trenutna. Napetostni lok se lahko pojavi v tokokrogih enosmernega ali izmeničnega tokokroga. V slednjem primeru lahkoudari vsak polovični cikel toka. Električni lok se od sijočega razelektritve razlikuje po tem, da je gostota toka precej visoka in je padec napetosti znotraj loka nizek. Na katodi lahko gostota toka doseže en megaamper na kvadratni centimeter.
Destruktivni potencial
Električni lok ima nelinearno razmerje med tokom in napetostjo. Ko je lok ustvarjen (bodisi z napredovanjem od sijočega razelektritve ali s trenutnim dotikom elektrod in jih nato ločiti), povečanje toka povzroči nižjo napetost med sponkami obloka. Ta učinek negativnega upora zahteva, da se v vezje postavi neka oblika pozitivne impedance (kot je električni balast), da se ohrani stabilen lok. Ta lastnost povzroča, da so nenadzorovani električni loki v stroju tako uničujoči, saj ko pride do loka, bo črpal vedno več toka iz vira enosmerne napetosti, dokler se naprava ne uniči.
Praktična uporaba
V industrijskem obsegu se električni loki uporabljajo za varjenje, plazemsko rezanje, obdelavo z električnim praznjenjem, kot obločne žarnice v filmskih projektorjih in pri razsvetljavi. Električne obločne peči se uporabljajo za proizvodnjo jekla in drugih snovi. Kalcijev karbid se pridobiva na ta način, saj za doseganje endotermne reakcije (pri temperaturah 2500 ° C) je potrebna velika količinaenergija.
Ogljikove luči so bile prve električne luči. Uporabljali so jih za ulične svetilke v 19. stoletju in za specializirane naprave, kot so reflektorji do druge svetovne vojne. Danes se nizkotlačni električni loki uporabljajo na številnih področjih. Za razsvetljavo se na primer uporabljajo fluorescenčne, živosrebrne, natrijeve in metalhalogene sijalke, medtem ko se ksenonske obločne sijalke uporabljajo za filmske projektorje.
Nastajanje intenzivnega električnega loka, kot je blisk majhnega obsega, je osnova eksplozivnih detonatorjev. Ko so znanstveniki izvedeli, kaj je voltaični lok in kako ga je mogoče uporabiti, so učinkoviti eksplozivi dopolnili raznolikost svetovnega orožja.
Glavna preostala uporaba so visokonapetostne stikalne naprave za prenosna omrežja. Sodobne naprave uporabljajo tudi visokotlačni žveplov heksafluorid.
Sklep
Kljub pogostosti opeklin voltaičnega loka velja za zelo uporaben fizični pojav, ki se še vedno pogosto uporablja v industriji, proizvodnji in dekorativnih predmetih. Ima svojo estetiko in je pogosto predstavljena v znanstvenofantastičnih filmih. Poraz voltaičnega loka ni usoden.
