เมื่อพูดถึงลักษณะของอาร์กโวลตาอิก ควรสังเกตว่ามีแรงดันไฟต่ำกว่าการปล่อยแสงและอาศัยการแผ่รังสีความร้อนของอิเล็กตรอนจากอิเล็กโทรดที่รองรับส่วนโค้ง ในประเทศที่ใช้ภาษาอังกฤษ คำนี้ถือเป็นคำที่ล้าสมัยและล้าสมัย
เทคนิคการปราบปรามส่วนโค้งสามารถใช้เพื่อลดระยะเวลาของส่วนโค้งหรือแนวโน้มที่จะเกิดประกายไฟได้
ในช่วงปลายปี ค.ศ. 1800 มีการใช้อาร์คโวลตาอิกอย่างแพร่หลายเพื่อให้แสงสว่างในที่สาธารณะ อาร์คไฟฟ้าแรงดันต่ำบางตัวถูกนำมาใช้ในการใช้งานหลายอย่าง ตัวอย่างเช่น หลอดฟลูออเรสเซนต์ หลอดปรอท โซเดียม และเมทัลฮาไลด์ใช้สำหรับให้แสงสว่าง หลอดซีนอนอาร์คใช้สำหรับเครื่องฉายภาพยนตร์
เปิดอาร์คภูเขาไฟ
ปรากฏการณ์นี้เชื่อกันว่าได้รับการอธิบายครั้งแรกโดยเซอร์ฮัมฟรีย์ เดวี่ในบทความปี 1801 ที่ตีพิมพ์ในวารสารปรัชญาธรรมชาติ เคมีและศิลปะของวิลเลียม นิโคลสัน อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์ที่ Davy บรรยายนั้นไม่ใช่อาร์คไฟฟ้า แต่เป็นเพียงประกายไฟเท่านั้น นักสำรวจในภายหลังเขียนว่า: “เห็นได้ชัดว่านี่เป็นคำอธิบายไม่ใช่ส่วนโค้ง แต่เป็นประกายไฟ สาระสำคัญของข้อแรกคือต้องต่อเนื่องและต้องไม่สัมผัสขั้วหลังจากที่เกิดขึ้นแล้ว ประกายไฟที่สร้างขึ้นโดย Sir Humphry Davy นั้นไม่ต่อเนื่องอย่างชัดเจนและถึงแม้จะยังคงมีประจุอยู่บ้างหลังจากสัมผัสกับอะตอมของคาร์บอน แต่ก็ไม่น่าจะมีการเชื่อมต่อของส่วนโค้งซึ่งจำเป็นสำหรับการจัดประเภทเป็น voltaic
ในปีเดียวกันนั้น Davy ได้สาธิตผลกระทบต่อหน้าราชสมาคมโดยส่งกระแสไฟฟ้าผ่านแท่งคาร์บอนสองอันที่แตะแล้วดึงออกจากกันในระยะสั้นๆ การสาธิตแสดงให้เห็นส่วนโค้งที่ "อ่อนแอ" ซึ่งแทบจะไม่สามารถแยกแยะได้จากประกายไฟคงที่ระหว่างจุดถ่าน ชุมชนวิทยาศาสตร์ได้จัดหาแบตเตอรีที่ทรงพลังกว่า 1,000 แผ่นให้กับเขา และในปี 1808 เขาได้แสดงให้เห็นการเกิดขึ้นของโวลตาอิกอาร์คในวงกว้าง เขายังได้รับเครดิตชื่อเป็นภาษาอังกฤษ (ส่วนโค้งไฟฟ้า) เขาเรียกมันว่าส่วนโค้งเพราะมันจะอยู่ในรูปโค้งขึ้นเมื่อระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรดใกล้กัน นี่เป็นเพราะคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของก๊าซร้อน
voltaic arc ปรากฏอย่างไร? ส่วนโค้งต่อเนื่องครั้งแรกได้รับการบันทึกอย่างอิสระในปี 1802 และอธิบายในปี 1803 ว่าเป็น "ของเหลวพิเศษที่มีคุณสมบัติทางไฟฟ้า" โดย Vasily Petrov นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย ซึ่งกำลังทดลองกับแบตเตอรี่ทองแดง-สังกะสีขนาด 4,200 แผ่น
ศึกษาต่อ
ตอนปลายศตวรรษที่สิบเก้า ส่วนโค้งของภูเขาไฟแผ่กระจายไปทั่วใช้สำหรับแสงสว่างสาธารณะ แนวโน้มที่อาร์คไฟฟ้าจะสั่นไหวและเสียงฟู่เป็นปัญหาใหญ่ ในปี 1895 Hertha Marx Ayrton ได้เขียนบทความเกี่ยวกับกระแสไฟฟ้า โดยอธิบายว่า voltaic arc เป็นผลมาจากออกซิเจนที่สัมผัสกับแท่งคาร์บอนที่ใช้สร้างส่วนโค้ง
ในปี พ.ศ. 2442 เธอเป็นผู้หญิงคนแรกที่มอบกระดาษของตัวเองต่อหน้าสถาบันวิศวกรไฟฟ้า (IEE) รายงานของเธอมีชื่อว่า "กลไกของส่วนโค้งไฟฟ้า" หลังจากนั้นไม่นาน Ayrton ได้รับเลือกให้เป็นสมาชิกหญิงคนแรกของสถาบันวิศวกรไฟฟ้า ผู้หญิงคนต่อไปเข้ารับการรักษาในสถาบันแล้วในปี 2501 Ayrton ยื่นคำร้องให้อ่านบทความต่อหน้า Royal Society แต่ไม่ได้รับอนุญาตให้ทำเช่นนั้นเนื่องจากเพศของเธอ และ John Perry ได้อ่าน The Mechanism of the Electric Arc แทนเธอในปี 1901
รายละเอียด
อาร์คไฟฟ้าเป็นการคายประจุไฟฟ้าประเภทหนึ่งที่มีความหนาแน่นกระแสสูงสุด กระแสสูงสุดที่ลากผ่านส่วนโค้งถูกจำกัดโดยสิ่งแวดล้อมเท่านั้น ไม่ใช่ส่วนโค้งเอง
ส่วนโค้งระหว่างอิเล็กโทรดสองอิเล็กโทรดสามารถเริ่มต้นได้โดยไอออไนซ์และการปล่อยแสงเมื่อกระแสผ่านอิเล็กโทรดเพิ่มขึ้น แรงดันพังทลายของช่องว่างอิเล็กโทรดเป็นฟังก์ชันรวมของแรงดัน ระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรด และชนิดของก๊าซที่อยู่รอบอิเล็กโทรด เมื่ออาร์คเริ่มต้น แรงดันขั้วของมันน้อยกว่าการคายประจุแบบเรืองแสงมากและกระแสก็จะสูงขึ้น ส่วนโค้งของก๊าซใกล้กับความกดอากาศมีลักษณะเป็นแสงที่มองเห็นได้ความหนาแน่นกระแสสูงและอุณหภูมิสูง มันแตกต่างจากการปล่อยเรืองแสงตรงที่อุณหภูมิประสิทธิผลของทั้งอิเล็กตรอนและไอออนบวกจะใกล้เคียงกัน และในการปลดปล่อยเรืองแสง ไอออนจะมีพลังงานความร้อนต่ำกว่าอิเล็กตรอนมาก
เมื่อเชื่อม
อาร์คแบบขยายสามารถเริ่มต้นได้โดยอิเล็กโทรดสองขั้วในขั้นต้นที่สัมผัสกันและแยกออกจากกันระหว่างการทดลอง การดำเนินการนี้สามารถเริ่มต้นส่วนโค้งโดยไม่มีการคายประจุไฟฟ้าแรงสูง นี่เป็นวิธีที่ช่างเชื่อมเริ่มเชื่อมรอยต่อโดยการสัมผัสอิเล็กโทรดเชื่อมกับชิ้นงานทันที
อีกตัวอย่างหนึ่งคือการแยกหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าบนสวิตช์ รีเลย์ หรือเบรกเกอร์วงจร ในวงจรพลังงานสูงอาจต้องมีการปราบปรามอาร์คเพื่อป้องกันความเสียหายจากการสัมผัส
Voltaic arc: ลักษณะเฉพาะ
ความต้านทานไฟฟ้าตามส่วนโค้งต่อเนื่องทำให้เกิดความร้อนที่ทำให้โมเลกุลของก๊าซแตกตัวเป็นไอออนมากขึ้น (ซึ่งระดับของการแตกตัวเป็นไอออนจะถูกกำหนดโดยอุณหภูมิ) และตามลำดับนี้ ก๊าซจะค่อยๆ กลายเป็นพลาสมาความร้อนที่อยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อน เนื่องจากอุณหภูมิจะค่อนข้างสม่ำเสมอสำหรับอะตอม โมเลกุล ไอออน และอิเล็กตรอนทั้งหมด พลังงานที่ถ่ายโอนโดยอิเล็กตรอนจะกระจายตัวอย่างรวดเร็วด้วยอนุภาคที่หนักกว่าผ่านการชนกันแบบยืดหยุ่นเนื่องจากมีความคล่องตัวสูงและจำนวนมาก
กระแสในส่วนโค้งได้รับการสนับสนุนโดยการปล่อยอิเล็กตรอนจากความร้อนและสนามที่แคโทด ปัจจุบันสามารถกระจุกตัวอยู่ในจุดร้อนขนาดเล็กมากบนแคโทด - ตามลำดับล้านแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร โครงสร้างส่วนโค้งนั้นแทบจะไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างกับการปล่อยแสงได้ เนื่องจากเสาขั้วบวกค่อนข้างสว่างและขยายเกือบถึงขั้วไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองข้าง แคโทดดรอปและแอโนดดรอปสองสามโวลต์เกิดขึ้นภายในเสี้ยวของมิลลิเมตรของแต่ละอิเล็กโทรด คอลัมน์บวกมีการไล่ระดับแรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่าและอาจหายไปในส่วนโค้งที่สั้นมาก
ส่วนโค้งความถี่ต่ำ
ความถี่ต่ำ (น้อยกว่า 100 Hz) ส่วนโค้งของไฟฟ้ากระแสสลับคล้ายกับส่วนโค้งของกระแสตรง ในแต่ละรอบ อาร์คจะเริ่มต้นจากการสลาย และอิเล็กโทรดจะเปลี่ยนบทบาทเมื่อกระแสเปลี่ยนทิศทาง เมื่อความถี่ปัจจุบันเพิ่มขึ้น จะไม่มีเวลาเพียงพอสำหรับการแตกตัวเป็นไอออนที่ไดเวอร์เจนซ์ในแต่ละครึ่งรอบ และไม่จำเป็นต้องแยกย่อยเพื่อรักษาส่วนโค้งอีกต่อไป - แรงดันและลักษณะกระแสไฟจะกลายเป็นโอห์มมิกมากขึ้น
สถานที่ท่ามกลางปรากฏการณ์ทางกายภาพอื่นๆ
รูปร่างส่วนโค้งที่แตกต่างกันเป็นคุณสมบัติที่เกิดขึ้นใหม่ของรูปแบบกระแสไม่เชิงเส้นและสนามไฟฟ้า อาร์คเกิดขึ้นในช่องว่างที่เติมก๊าซระหว่างอิเล็กโทรดที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าสองขั้ว (มักเป็นทังสเตนหรือคาร์บอน) ส่งผลให้อุณหภูมิสูงมากซึ่งสามารถหลอมละลายหรือทำให้วัสดุส่วนใหญ่กลายเป็นไอได้ อาร์กไฟฟ้าเป็นการคายประจุอย่างต่อเนื่อง ในขณะที่การคายประจุไฟฟ้าที่คล้ายกันจะเกิดขึ้นทันที โวลตาอิกอาร์คสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในวงจรไฟฟ้ากระแสตรงหรือวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ในกรณีหลังนี้เธออาจตีแต่ละครึ่งรอบของกระแส อาร์กไฟฟ้าแตกต่างจากการปล่อยเรืองแสงตรงที่ความหนาแน่นกระแสค่อนข้างสูงและแรงดันตกภายในอาร์คต่ำ ที่แคโทด ความหนาแน่นกระแสสามารถเข้าถึงหนึ่งเมกะแอมแปร์ต่อตารางเซนติเมตร
ศักยภาพในการทำลายล้าง
อาร์คไฟฟ้ามีความสัมพันธ์ไม่เชิงเส้นระหว่างกระแสและแรงดัน เมื่อส่วนโค้งถูกสร้างขึ้น (ไม่ว่าจะโดยการปล่อยแสงเรืองแสงหรือโดยการสัมผัสอิเล็กโทรดชั่วขณะแล้วแยกออก) การเพิ่มขึ้นของกระแสส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วอาร์คลดลง เอฟเฟกต์ความต้านทานเชิงลบนี้ต้องการให้วางอิมพีแดนซ์เชิงบวกบางรูปแบบ (เช่น บัลลาสต์ไฟฟ้า) ในวงจรเพื่อรักษาส่วนโค้งที่เสถียร คุณสมบัตินี้เป็นสาเหตุที่ทำให้อาร์คไฟฟ้าที่ไม่สามารถควบคุมได้ในเครื่องจักรมีอันตรายมาก เนื่องจากเมื่ออาร์คเกิดขึ้น มันจะดึงกระแสไฟจากแหล่งจ่ายแรงดันไฟตรงมากขึ้นเรื่อยๆ จนกว่าอุปกรณ์จะถูกทำลาย
การใช้งานจริง
ในระดับอุตสาหกรรม อาร์คไฟฟ้าใช้สำหรับการเชื่อม, การตัดพลาสม่า, การตัดเฉือนด้วยไฟฟ้า, เป็นโคมไฟอาร์คในเครื่องฉายภาพยนตร์และในไฟส่องสว่าง เตาอาร์คไฟฟ้าใช้ในการผลิตเหล็กและสารอื่นๆ แคลเซียมคาร์ไบด์ได้ด้วยวิธีนี้เนื่องจากเพื่อให้บรรลุปฏิกิริยาดูดความร้อน (ที่อุณหภูมิ 2500 ° C) จำนวนมากพลังงาน
ไฟอาร์คคาร์บอนเป็นไฟไฟฟ้าดวงแรก ใช้สำหรับโคมไฟถนนในศตวรรษที่ 19 และสำหรับอุปกรณ์เฉพาะเช่นไฟฉายจนถึงสงครามโลกครั้งที่สอง ปัจจุบันมีการใช้อาร์คไฟฟ้าแรงดันต่ำในหลายพื้นที่ ตัวอย่างเช่น หลอดฟลูออเรสเซนต์ ปรอท โซเดียม และเมทัลฮาไลด์ใช้สำหรับให้แสงสว่าง ในขณะที่หลอดซีนอนอาร์คใช้สำหรับเครื่องฉายภาพยนตร์
การก่อตัวของอาร์คไฟฟ้าที่รุนแรง เช่น อาร์คแฟลชขนาดเล็ก เป็นพื้นฐานของตัวระเบิด เมื่อนักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้ว่า voltaic arc คืออะไรและนำไปใช้อย่างไร ระเบิดที่มีประสิทธิภาพได้เติมเต็มความหลากหลายของอาวุธโลก
แอปพลิเคชั่นหลักที่เหลือคือสวิตช์เกียร์ไฟฟ้าแรงสูงสำหรับเครือข่ายการส่งสัญญาณ อุปกรณ์สมัยใหม่ยังใช้ซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์แรงดันสูงด้วย
สรุป
แม้จะมีความถี่ของการเผาไหม้ของโวลต์ตาอิกอาร์ก แต่ก็ถือเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่มีประโยชน์มากซึ่งยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการผลิตและของตกแต่ง เธอมีความงามเป็นของตัวเองและมักแสดงในภาพยนตร์ไซไฟ ความพ่ายแพ้ของ voltaic arc นั้นไม่ร้ายแรง
