Iskra elektryczna
Iskra elektryczna to nagłe wyładowanie elektryczne, które występuje, gdy wystarczająco silne pole elektryczne tworzy zjonizowany , przewodzący elektrycznie kanał przez normalnie izolujący ośrodek, często powietrze lub inne gazy lub mieszaniny gazów. Michael Faraday opisał to zjawisko jako „piękny błysk światła towarzyszący wyładowaniu zwykłej elektryczności”.
Gwałtowne przejście ze stanu nieprzewodzącego do przewodzącego powoduje krótką emisję światła i ostry dźwięk trzasku lub trzasku. Iskra powstaje, gdy przyłożone pole elektryczne przekracza wytrzymałość na przebicie dielektryka pośredniczącego medium. W przypadku powietrza siła przebicia wynosi około 30 kV/cm na poziomie morza. Eksperymentalnie liczba ta różni się w zależności od wilgotności, ciśnienia atmosferycznego, kształtu elektrod (igła i płaszczyzna uziemienia, półkulisty itp.) I odpowiadającego im odstępu między nimi, a nawet rodzaju kształtu fali, czy to sinusoidalnego, czy cosinusoidalnego. Na początkowych etapach wolne elektrony w szczelinie (z promieni kosmicznych lub promieniowania tła ) są przyspieszane przez pole elektryczne. Zderzając się z cząsteczkami powietrza, tworzą dodatkowe jony i nowo uwolnione elektrony, które również są przyspieszane. W pewnym momencie energia cieplna zapewni znacznie większe źródło jonów. Wykładniczo zwiększająca się liczba elektronów i jonów powoduje, że obszary powietrza w szczelinie stają się przewodnikami elektrycznymi w procesie zwanym rozpadem dielektrycznym . Po zerwaniu szczeliny przepływ prądu jest ograniczony dostępnym ładunkiem (w przypadku wyładowań elektrostatycznych ) lub impedancją zewnętrznego źródła zasilania . Jeśli zasilacz nadal dostarcza prąd, iskra przekształci się w ciągłe wyładowanie zwane łukiem elektrycznym . Iskra elektryczna może również wystąpić w cieczach lub ciałach stałych izolujących, ale z innymi mechanizmami rozpadu niż iskry w gazach.
Czasami iskry mogą być niebezpieczne. Mogą powodować pożary i poparzyć skórę.
Błyskawica jest przykładem iskry elektrycznej w przyrodzie, podczas gdy iskry elektryczne, duże lub małe, pojawiają się w wielu obiektach stworzonych przez człowieka lub w ich pobliżu, zarówno celowo, jak i czasami przypadkowo.
Historia
W 1671 roku Leibniz odkrył, że iskry są związane ze zjawiskami elektrycznymi. W 1708 roku Samuel Wall przeprowadzał eksperymenty z bursztynem pocieranym płótnem w celu wytworzenia iskier. W 1752 roku Thomas-François Dalibard , działając na podstawie eksperymentu zaproponowanego przez Benjamina Franklina , zorganizował emerytowanego francuskiego smoka o imieniu Coiffier w wiosce Marly, aby zebrał błyskawice w słoiku Leyden , udowadniając w ten sposób, że błyskawica i elektryczność to to samo. W słynnym eksperymencie Franklina z latawcem udało mu się wydobyć iskry z chmury podczas burzy.
Używa
Źródła zapłonu
Iskry elektryczne są stosowane w świecach zapłonowych w benzynowych silnikach spalinowych do zapalania mieszanek paliwowo-powietrznych. Wyładowanie elektryczne w świecy zapłonowej występuje między izolowaną elektrodą środkową a uziemionym zaciskiem u podstawy świecy. Napięcie dla iskry jest dostarczane przez cewkę zapłonową lub iskrownik , który jest podłączony do świecy zapłonowej za pomocą izolowanego drutu.
Zapłonniki wykorzystują iskry elektryczne do zainicjowania spalania w niektórych piecach i kuchenkach gazowych zamiast płomienia pilotującego . Automatyczne ponowne zapalenie to funkcja bezpieczeństwa stosowana w niektórych zapalnikach płomienia, która wykrywa przewodność elektryczną płomienia i wykorzystuje te informacje do określenia, czy płomień palnika jest zapalony. Ta informacja służy do zatrzymania iskrzenia urządzenia zapłonowego po zapaleniu się płomienia lub ponownego uruchomienia płomienia, jeśli zgaśnie.
Łączność radiowa
Nadajnik iskiernikowy wykorzystuje iskiernik elektryczny do generowania promieniowania elektromagnetycznego o częstotliwości radiowej , które może być używane jako nadajniki do komunikacji bezprzewodowej . Nadajniki iskiernikowe były szeroko stosowane w pierwszych trzech dekadach radia w latach 1887–1916. Zostały później wyparte przez lamp próżniowych i do 1940 roku nie były już używane do komunikacji. Szerokie zastosowanie nadajników iskiernikowych doprowadziło do przydomku „iskry” dla oficera radiowego statku.
Obróbka metalu
Iskry elektryczne są wykorzystywane w różnych rodzajach obróbki metali . Obróbka elektroerozyjna (EDM) jest czasami nazywana obróbką iskrową i wykorzystuje wyładowanie iskrowe do usuwania materiału z przedmiotu obrabianego. Obróbkę elektroerozyjną stosuje się do metali twardych lub tych, które są trudne do obróbki tradycyjnymi technikami.
Spiekanie plazmowe iskrowe (SPS) to technika spiekania wykorzystująca pulsujący prąd stały , który przechodzi przez przewodzący proszek w grafitowej matrycy. SPS jest szybszy niż konwencjonalne prasowanie izostatyczne na gorąco , w którym ciepło jest dostarczane przez zewnętrzne elementy grzejne .
Analiza chemiczna
Światło wytwarzane przez iskry elektryczne można zbierać i wykorzystywać w spektroskopii zwanej spektroskopią emisyjną iskier .
Laser impulsowy o wysokiej energii może być użyty do wytworzenia iskry elektrycznej. Spektroskopia rozpadu indukowanego laserem (LIBS) to rodzaj atomowej spektroskopii emisyjnej , w której wykorzystuje się laser o wysokiej energii impulsu do wzbudzania atomów w próbce. LIBS jest również nazywany laserową spektroskopią iskrową (LSS).
Iskry elektryczne mogą być również wykorzystywane do tworzenia jonów do spektrometrii mas . Wyładowanie iskrowe zostało również zastosowane w wykrywaniu elektrochemicznym poprzez modyfikację powierzchni in situ jednorazowych elektrod węglowych z sitodrukiem (SPE) z różnymi źródłami metali i węgla.
Zagrożenia
Iskry mogą być niebezpieczne dla ludzi, zwierząt, a nawet przedmiotów nieożywionych. Iskry elektryczne mogą spowodować zapłon łatwopalnych materiałów, cieczy, gazów i oparów. Nawet niezamierzone wyładowania elektrostatyczne lub małe iskry, które pojawiają się podczas włączania świateł lub innych obwodów, mogą wystarczyć do zapalenia łatwopalnych oparów ze źródeł takich jak benzyna, aceton, propan lub stężenia pyłu w powietrzu, na przykład w młynach lub bardziej ogólnie w fabrykach obsługujących proszki.
Iskry często wskazują na obecność wysokiego napięcia lub „pola potencjalnego”. Im wyższe napięcie; im dalej iskra może przeskoczyć szczelinę, a przy wystarczającej ilości dostarczonej energii może prowadzić do większych wyładowań, takich jak poświata lub łuk . Kiedy osoba jest naładowana ładunkami elektrostatycznymi pod wysokim napięciem lub znajduje się w pobliżu urządzeń elektrycznych pod wysokim napięciem, iskra może przeskoczyć między przewodnikiem a osobą znajdującą się wystarczająco blisko, umożliwiając uwolnienie znacznie wyższych energii, które może spowodować poważne oparzenia, zamknąć serce i narządy wewnętrzne, a nawet przekształcić się w wyładowanie łukowe .
Iskry pod wysokim napięciem, nawet te o niskiej energii, takie jak z paralizatora , mogą przeciążać przewodzące ścieżki układu nerwowego, powodując mimowolne skurcze mięśni lub zakłócać ważne funkcje układu nerwowego, takie jak rytm serca. Gdy energia jest wystarczająco niska, większość energii może być wykorzystana do ogrzewania powietrza, więc iskra nigdy nie ustabilizuje się w pełni w żarze lub łuku. Jednak iskry o bardzo niskiej energii nadal wytwarzają w powietrzu „tunel plazmowy”, przez który może przepływać elektryczność. Ta plazma jest podgrzewana do temperatur często wyższych niż temperatura powierzchni Słońca i może powodować małe, miejscowe oparzenia. Płyny przewodzące, żele lub maści są często stosowane podczas nakładania elektrod na ciało człowieka, zapobiegając powstawaniu iskier w miejscu kontaktu i uszkodzeniu skóry. Podobnie iskry mogą powodować uszkodzenia metali i innych przewodników, powodując ablację lub wżeranie powierzchni; zjawisko wykorzystywane w trawieniu elektrycznym . Iskry wytwarzają również ozon , który w wystarczająco wysokich stężeniach może powodować dyskomfort lub niepokój oddechowy, swędzenie lub uszkodzenie tkanek i może być szkodliwy dla innych materiałów, takich jak niektóre tworzywa sztuczne.
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- Szikrakisülés (1)...(4) Iskra elektryczna (1)...(4). Filmy na portalu FizKapu (w języku węgierskim) .