Apabila bercakap tentang ciri-ciri arka voltan, perlu dinyatakan bahawa ia mempunyai voltan yang lebih rendah daripada nyahcas cahaya dan bergantung pada sinaran termionik elektron daripada elektrod yang menyokong arka. Di negara berbahasa Inggeris, istilah ini dianggap kuno dan lapuk.
Teknik penindasan arka boleh digunakan untuk mengurangkan tempoh arka atau kemungkinan arka.
Pada akhir 1800-an, arka voltan digunakan secara meluas untuk pencahayaan awam. Beberapa arka elektrik tekanan rendah digunakan dalam banyak aplikasi. Sebagai contoh, lampu pendarfluor, merkuri, natrium dan lampu halida logam digunakan untuk pencahayaan. Lampu arka Xenon digunakan untuk projektor filem.
Membuka lengkok voltan
Fenomena ini dipercayai pertama kali diterangkan oleh Sir Humphry Davy dalam artikel 1801 yang diterbitkan dalam Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts William Nicholson. Walau bagaimanapun, fenomena yang digambarkan oleh Davy bukanlah arka elektrik, tetapi hanya percikan api. Penjelajah kemudianmenulis: Ini jelas sekali bukan perihalan arka, tetapi percikan api. Intipati yang pertama ialah ia mesti berterusan, dan kutubnya tidak boleh bersentuhan selepas ia timbul. Percikan yang dicipta oleh Sir Humphry Davy jelas tidak berterusan, dan walaupun ia kekal dicas untuk beberapa lama selepas bersentuhan dengan atom karbon, kemungkinan besar tiada sambungan arka, yang diperlukan untuk pengelasannya sebagai arka voltan.
Pada tahun yang sama, Davy secara terbuka menunjukkan kesannya di hadapan Royal Society dengan mengalirkan arus elektrik melalui dua batang karbon yang menyentuh dan kemudian menariknya pada jarak yang dekat. Demonstrasi menunjukkan arka "lemah", hampir tidak dapat dibezakan daripada percikan api yang stabil, di antara titik arang. Komuniti saintifik memberikannya bateri 1000 plat yang lebih berkuasa, dan pada tahun 1808 dia menunjukkan kejadian arka voltan secara besar-besaran. Dia juga dikreditkan dengan namanya dalam bahasa Inggeris (electric arc). Dia memanggilnya arka kerana ia berbentuk busur ke atas apabila jarak antara elektrod menjadi dekat. Ini disebabkan oleh sifat konduktif gas panas.
Bagaimanakah arka voltan muncul? Arka berterusan pertama telah direkodkan secara bebas pada tahun 1802 dan digambarkan pada tahun 1803 sebagai "cecair khas dengan sifat elektrik" oleh saintis Rusia Vasily Petrov, yang sedang bereksperimen dengan bateri zink tembaga 4,200 cakera.
Kajian lanjut
Pada penghujung abad kesembilan belas, arka volta telah meluasdigunakan untuk penerangan awam. Kecenderungan arka elektrik untuk berkelip dan mendesis adalah masalah utama. Pada tahun 1895, Hertha Marx Ayrton menulis satu siri kertas kerja mengenai elektrik, menjelaskan bahawa arka voltan adalah hasil daripada oksigen yang bersentuhan dengan rod karbon yang digunakan untuk mencipta arka.
Pada tahun 1899, dia adalah wanita pertama yang pernah memberikan kertas kerjanya sendiri sebelum Institut Jurutera Elektrik (IEE). Laporannya bertajuk "Mekanisme Arka Elektrik". Tidak lama selepas itu, Ayrton telah dipilih sebagai ahli wanita pertama Institut Jurutera Elektrik. Wanita seterusnya telah diterima masuk ke institut itu pada tahun 1958. Ayrton membuat petisyen untuk membaca kertas kerja di hadapan Royal Society, tetapi tidak dibenarkan berbuat demikian kerana jantinanya, dan The Mechanism of the Electric Arc dibacakan oleh John Perry sebagai gantinya pada tahun 1901.
Penerangan
Arka elektrik ialah sejenis nyahcas elektrik dengan ketumpatan arus tertinggi. Arus maksimum yang dikeluarkan melalui arka hanya dihadkan oleh persekitaran, bukan oleh arka itu sendiri.
Arka antara dua elektrod boleh dimulakan dengan pengionan dan nyahcas cahaya apabila arus melalui elektrod ditingkatkan. Voltan pecahan jurang elektrod adalah gabungan fungsi tekanan, jarak antara elektrod, dan jenis gas yang mengelilingi elektrod. Apabila arka dimulakan, voltan terminalnya jauh lebih rendah daripada nyahcas cahaya, dan arusnya lebih tinggi. Arka dalam gas berhampiran tekanan atmosfera dicirikan oleh cahaya yang boleh dilihat,ketumpatan arus tinggi dan suhu tinggi. Ia berbeza daripada nyahcas cahaya kerana suhu berkesan kedua-dua elektron dan ion positif adalah lebih kurang sama, dan dalam nyahcas cahaya, ion mempunyai tenaga haba yang jauh lebih rendah daripada elektron.
Apabila mengimpal
Arka yang dilanjutkan boleh dimulakan oleh dua elektrod pada mulanya bersentuhan dan dipisahkan semasa percubaan. Tindakan ini boleh memulakan arka tanpa nyahcas cahaya voltan tinggi. Beginilah cara pengimpal mula mengimpal sambungan dengan segera menyentuh elektrod kimpalan pada bahan kerja.
Contoh lain ialah pengasingan sesentuh elektrik pada suis, geganti atau pemutus litar. Dalam litar tenaga tinggi penindasan arka mungkin diperlukan untuk mengelakkan kerosakan sentuhan.
Arka voltan: ciri
Rintangan elektrik di sepanjang lengkok berterusan menghasilkan haba yang mengionkan lebih banyak molekul gas (di mana tahap pengionan ditentukan oleh suhu), dan mengikut urutan ini, gas secara beransur-ansur bertukar menjadi plasma terma yang berada dalam keseimbangan terma kerana suhu secara relatifnya diagihkan secara seragam untuk semua atom, molekul, ion dan elektron. Tenaga yang dipindahkan oleh elektron cepat tersebar dengan zarah yang lebih berat melalui perlanggaran kenyal kerana pergerakannya yang tinggi dan bilangan yang besar.
Arus dalam arka disokong oleh pelepasan termionik dan medan elektron pada katod. semasaboleh tertumpu di tempat panas yang sangat kecil pada katod - mengikut susunan sejuta ampere setiap sentimeter persegi. Berbeza dengan nyahcas cahaya, struktur arka sukar dibezakan, kerana lajur positif agak terang dan memanjang hampir ke elektrod di kedua-dua hujungnya. Penurunan katod dan penurunan anod beberapa volt berlaku dalam pecahan milimeter setiap elektrod. Lajur positif mempunyai kecerunan voltan yang lebih rendah dan mungkin tiada dalam lengkok yang sangat pendek.
Lengkok frekuensi rendah
Frekuensi rendah (kurang daripada 100 Hz) Arka AC menyerupai arka DC. Pada setiap kitaran, arka dimulakan dengan kerosakan, dan elektrod bertukar peranan apabila arus berubah arah. Apabila frekuensi semasa meningkat, tidak ada masa yang mencukupi untuk pengionan pada perbezaan dalam setiap separuh kitaran, dan kerosakan tidak lagi diperlukan untuk mengekalkan arka - ciri voltan dan arus menjadi lebih ohmik.
Tempat antara fenomena fizikal yang lain
Bentuk arka yang berbeza ialah sifat yang muncul bagi corak arus tak linear dan medan elektrik. Arka berlaku dalam ruang yang dipenuhi gas antara dua elektrod konduktif (selalunya tungsten atau karbon), menghasilkan suhu yang sangat tinggi yang mampu mencairkan atau mengewapkan kebanyakan bahan. Arka elektrik ialah nyahcas berterusan, manakala nyahcas percikan elektrik yang serupa adalah serta-merta. Arka voltan boleh berlaku sama ada dalam litar DC atau dalam litar AC. Dalam kes kedua, dia bolehmenyerang setiap separuh kitaran arus. Arka elektrik berbeza daripada nyahcas cahaya kerana ketumpatan arus agak tinggi dan penurunan voltan dalam arka adalah rendah. Pada katod, ketumpatan semasa boleh mencapai satu megaampere setiap sentimeter persegi.
Potensi Memusnahkan
Arka elektrik mempunyai hubungan bukan linear antara arus dan voltan. Sebaik sahaja arka telah dicipta (sama ada dengan maju dari nyahcas cahaya atau dengan menyentuh seketika elektrod dan kemudian memisahkannya), peningkatan arus menghasilkan voltan yang lebih rendah antara terminal arka. Kesan rintangan negatif ini memerlukan beberapa bentuk impedans positif (seperti balast elektrik) diletakkan di dalam litar untuk mengekalkan arka yang stabil. Sifat inilah yang menyebabkan arka elektrik yang tidak terkawal dalam mesin menjadi sangat merosakkan, kerana sebaik sahaja arka berlaku, ia akan menarik lebih banyak arus daripada sumber voltan DC sehingga peranti itu musnah.
Aplikasi praktikal
Pada skala industri, arka elektrik digunakan untuk kimpalan, pemotongan plasma, pemesinan nyahcas elektrik, sebagai lampu arka dalam projektor filem dan dalam pencahayaan. Relau arka elektrik digunakan untuk menghasilkan keluli dan bahan lain. Kalsium karbida diperoleh dengan cara ini, kerana untuk mencapai tindak balas endotermik (pada suhu 2500 ° C) sejumlah besartenaga.
Lampu arka karbon ialah lampu elektrik pertama. Ia digunakan untuk lampu jalan pada abad ke-19 dan untuk peranti khusus seperti lampu carian sehingga Perang Dunia II. Hari ini arka elektrik tekanan rendah digunakan di banyak kawasan. Contohnya, lampu pendarfluor, merkuri, natrium dan halida logam digunakan untuk pencahayaan, manakala lampu arka xenon digunakan untuk projektor filem.
Pembentukan arka elektrik yang kuat, seperti denyar arka berskala kecil, adalah asas peledak letupan. Apabila saintis mengetahui apa itu arka volta dan bagaimana ia boleh digunakan, bahan letupan yang berkesan telah menambah pelbagai jenis senjata dunia.
Aplikasi utama yang tinggal ialah suis voltan tinggi untuk rangkaian penghantaran. Peranti moden juga menggunakan heksafluorida sulfur tekanan tinggi.
Kesimpulan
Walaupun kekerapan lecuran arka volta, ia dianggap sebagai fenomena fizikal yang sangat berguna, masih digunakan secara meluas dalam industri, pembuatan dan barangan hiasan. Dia mempunyai estetika sendiri dan sering dipaparkan dalam filem sci-fi. Kekalahan arka voltan tidak membawa maut.
