Když mluvíme o charakteristikách galvanického oblouku, stojí za zmínku, že má nižší napětí než doutnavý výboj a spoléhá se na termionické záření elektronů z elektrod, které oblouk podporují. V anglicky mluvících zemích je tento termín považován za archaický a zastaralý.
Techniky potlačení oblouku lze použít ke snížení trvání oblouku nebo pravděpodobnosti vzniku oblouku.
Na konci 19. století byl voltaický oblouk široce používán pro veřejné osvětlení. Některé nízkotlaké elektrické oblouky se používají v mnoha aplikacích. K osvětlení se používají například zářivky, rtuťové, sodíkové a metalhalogenidové výbojky. Pro filmové projektory byly použity xenonové obloukové lampy.
Otevření voltaického oblouku
Předpokládá se, že tento fenomén poprvé popsal Sir Humphry Davy v článku z roku 1801 publikovaném v časopise William Nicholson's Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts. Jev, který Davy popsal, však nebyl elektrický oblouk, ale pouze jiskra. Pozdější průzkumnícinapsal: „Toto zjevně není popis oblouku, ale jiskry. Podstatou prvního je, že musí být spojitý a jeho póly se po vzniku nesmí dotýkat. Jiskra, kterou vytvořil Sir Humphry Davy, zjevně nebyla spojitá, a přestože po kontaktu s atomy uhlíku zůstala nějakou dobu nabitá, s největší pravděpodobností nedošlo k žádnému spojení oblouku, což je nezbytné pro jeho klasifikaci jako voltaický.
Ve stejném roce Davy veřejně demonstroval účinek před Královskou společností tím, že prošel elektrickým proudem dvěma dotýkajícími se uhlíkovými tyčemi a poté je odtáhl na krátkou vzdálenost od sebe. Ukázka ukázala „slabý“oblouk, stěží rozeznatelný od ustálené jiskry, mezi hroty dřevěného uhlí. Vědecká komunita mu poskytla výkonnější baterii 1000 desek a v roce 1808 prokázal výskyt voltaického oblouku ve velkém. Je mu také připisován jeho název v angličtině (electric arc). Nazval to oblouk, protože má podobu oblouku směřujícího nahoru, když se vzdálenost mezi elektrodami přiblíží. To je způsobeno vodivými vlastnostmi horkého plynu.
Jak se objevil elektrický oblouk? První souvislý oblouk byl nezávisle zaznamenán v roce 1802 a popsán v roce 1803 jako „zvláštní kapalina s elektrickými vlastnostmi“ruským vědcem Vasilijem Petrovem, který experimentoval s měděno-zinkovou baterií o 4200 kotoučích.
Další studium
Na konci devatenáctého století byl voltaický oblouk široce rozšířenslouží pro veřejné osvětlení. Tendence elektrického oblouku blikat a syčet byla hlavním problémem. V roce 1895 Hertha Marx Ayrton napsala řadu článků o elektřině, kde vysvětlila, že elektrický oblouk byl výsledkem kontaktu kyslíku s uhlíkovými tyčemi používanými k vytvoření oblouku.
V roce 1899 byla první ženou, která kdy předložila svůj vlastní článek před Institute of Electrical Engineers (IEE). Její zpráva se jmenovala „Mechanismus elektrického oblouku“. Krátce nato byla Ayrton zvolena první členkou Institutu elektrotechniků. Další žena byla přijata do ústavu již v roce 1958. Ayrton požádala o přečtení článku před Královskou společností, ale nebylo jí to umožněno kvůli jejímu pohlaví, a Mechanismus elektrického oblouku byl přečten Johnem Perrym místo ní v roce 1901.
Popis
Elektrický oblouk je typ elektrického výboje s nejvyšší hustotou proudu. Maximální proud procházející obloukem je omezen pouze prostředím, nikoli samotným obloukem.
Oblouk mezi dvěma elektrodami může být iniciován ionizací a doutnavým výbojem, když se zvýší proud elektrodami. Průrazné napětí elektrodové mezery je kombinovanou funkcí tlaku, vzdálenosti mezi elektrodami a typu plynu obklopujícího elektrody. Když oblouk začne, jeho svorkové napětí je mnohem nižší než napětí doutnavého výboje a proud je vyšší. Oblouk v plynech blízkých atmosférickému tlaku je charakterizován viditelným světlem,vysoká proudová hustota a vysoká teplota. Od doutnavého výboje se liší tím, že efektivní teploty elektronů i kladných iontů jsou přibližně stejné a při doutnavém výboji mají ionty mnohem nižší tepelnou energii než elektrony.
Při svařování
Prodloužený oblouk může být iniciován dvěma elektrodami, které jsou zpočátku v kontaktu a během experimentu jsou odděleny. Tato akce může iniciovat oblouk bez vysokonapěťového doutnavého výboje. Toto je způsob, jakým svářeč začne svařovat spoj okamžitým dotykem svařovací elektrody na obrobek.
Dalším příkladem je oddělení elektrických kontaktů na spínačích, relé nebo vypínačích. Ve vysokoenergetických obvodech může být vyžadováno potlačení oblouku, aby se zabránilo poškození kontaktů.
Voltaický oblouk: charakteristiky
Elektrický odpor podél nepřetržitého oblouku vytváří teplo, které ionizuje více molekul plynu (kde stupeň ionizace je určen teplotou) a v souladu s touto sekvencí se plyn postupně mění v tepelné plazma, které je v tepelné rovnováze protože teplota je relativně rovnoměrně rozložena pro všechny atomy, molekuly, ionty a elektrony. Energie přenášená elektrony se rychle rozptyluje s těžšími částicemi prostřednictvím elastických srážek kvůli jejich vysoké pohyblivosti a velkému počtu.
Proud v oblouku je podporován termionickou a polní emisí elektronů na katodě. Aktuálníse může koncentrovat ve velmi malém horkém místě na katodě - v řádu milionů ampér na centimetr čtvereční. Na rozdíl od doutnavého výboje je oblouková struktura stěží rozeznatelná, protože kladný sloupec je poměrně světlý a zasahuje téměř k elektrodám na obou koncích. Katodový pokles a anodový pokles o několik voltů se vyskytují ve zlomku milimetru každé elektrody. Kladný sloupec má nižší gradient napětí a ve velmi krátkých obloucích může chybět.
Nízkofrekvenční oblouk
Nízkofrekvenční (méně než 100 Hz) střídavý oblouk připomíná stejnosměrný oblouk. V každém cyklu je oblouk iniciován poruchou a elektrody mění roli, když proud změní směr. Jak se aktuální frekvence zvyšuje, není dostatek času na ionizaci při divergenci v každém půlcyklu a pro udržení oblouku již není potřeba průraz - napěťová a proudová charakteristika se stává ohmičtější.
Místo mezi ostatními fyzikálními jevy
Různé tvary oblouků jsou nově vznikajícími vlastnostmi nelineárních vzorců proudu a elektrického pole. Oblouk se vyskytuje v prostoru naplněném plynem mezi dvěma vodivými elektrodami (často wolframovými nebo uhlíkovými), což má za následek velmi vysoké teploty schopné roztavit nebo odpařit většinu materiálů. Elektrický oblouk je kontinuální výboj, zatímco podobný elektrický jiskrový výboj je okamžitý. Voltaický oblouk může vzniknout buď ve stejnosměrných obvodech, nebo v obvodech střídavých. V druhém případě můžeudeřit každou polovinu cyklu proudu. Elektrický oblouk se liší od doutnavého výboje v tom, že hustota proudu je poměrně vysoká a pokles napětí v oblouku je nízký. Na katodě může proudová hustota dosáhnout jednoho megaampéru na centimetr čtvereční.
destruktivní potenciál
Elektrický oblouk má nelineární vztah mezi proudem a napětím. Jakmile je oblouk vytvořen (buď postupem z doutnavého výboje, nebo okamžitým dotykem elektrod a jejich oddělením), zvýšení proudu vede k nižšímu napětí mezi svorkami oblouku. Tento negativní odporový efekt vyžaduje, aby nějaká forma kladné impedance (jako elektrický předřadník) byla umístěna v obvodu pro udržení stabilního oblouku. Tato vlastnost způsobuje, že nekontrolované elektrické oblouky ve stroji jsou tak destruktivní, protože jakmile dojde k oblouku, bude odebírat stále více proudu ze zdroje stejnosměrného napětí, dokud není zařízení zničeno.
Praktická aplikace
V průmyslovém měřítku se elektrické oblouky používají pro svařování, plazmové řezání, obrábění elektrickým výbojem, jako oblouková lampa ve filmových projektorech a při osvětlení. Elektrické obloukové pece se používají k výrobě oceli a dalších látek. Tímto způsobem se získá karbid vápníku, protože k dosažení endotermické reakce (při teplotách 2500 °C) je zapotřebí velké množstvíenergie.
Uhlíková oblouková světla byla první elektrická světla. Byly používány pro pouliční lampy v 19. století a pro specializovaná zařízení, jako jsou světlomety, až do druhé světové války. Dnes se nízkotlaké elektrické oblouky používají v mnoha oblastech. Pro osvětlení se například používají fluorescenční, rtuťové, sodíkové a metalhalogenidové výbojky, zatímco xenonové obloukové výbojky se používají pro filmové projektory.
Vytvoření intenzivního elektrického oblouku, jako je malý obloukový záblesk, je základem výbušných rozbušek. Když vědci zjistili, co je to voltaický oblouk a jak jej lze použít, účinné výbušniny doplnily řadu světových zbraní.
Hlavní zbývající aplikací jsou vysokonapěťové rozváděče pro přenosové sítě. Moderní zařízení také používají vysokotlaký fluorid sírový.
Závěr
Navzdory četnosti hoření galvanickým obloukem je považován za velmi užitečný fyzikální jev, stále široce používaný v průmyslu, výrobě a dekorativních předmětech. Má svou vlastní estetiku a často se objevuje ve sci-fi filmech. Porážka elektrického oblouku není fatální.
