هنگامی که در مورد ویژگی های یک قوس ولتایی صحبت می کنیم، لازم به ذکر است که ولتاژ آن کمتر از تخلیه تابشی است و متکی به تابش ترمیونی الکترون های الکترودهایی است که قوس را پشتیبانی می کنند. در کشورهای انگلیسی زبان، این اصطلاح قدیمی و منسوخ در نظر گرفته می شود.
تکنیک های سرکوب قوس را می توان برای کاهش مدت قوس یا احتمال ایجاد قوس استفاده کرد.
در اواخر دهه 1800، قوس ولتایی به طور گسترده ای برای روشنایی عمومی استفاده می شد. برخی از قوس های الکتریکی کم فشار در بسیاری از کاربردها استفاده می شوند. برای مثال از لامپ های فلورسنت، جیوه، سدیم و لامپ های متال هالید برای روشنایی استفاده می شود. لامپ های قوس زنون برای پروژکتورهای فیلم استفاده شد.
باز کردن قوس ولتایی
اعتقاد بر این است که این پدیده برای اولین بار توسط سر همفری دیوی در مقاله ای در سال 1801 که در مجله فلسفه طبیعی، شیمی و هنر ویلیام نیکلسون منتشر شد، توصیف شده است. با این حال، پدیده توصیف شده توسط دیوی یک قوس الکتریکی نبود، بلکه فقط یک جرقه بود. کاشفان بعدینوشت: "این واضح است که توصیف یک قوس نیست، بلکه یک جرقه است. اصل اولی این است که باید پیوسته باشد و پس از برخاستن، قطب های آن با هم برخورد نکنند. جرقه ایجاد شده توسط سر هامفری دیوی به وضوح پیوسته نبود، و اگرچه پس از تماس با اتم‌های کربن مدتی شارژ باقی ماند، به احتمال زیاد هیچ اتصالی از قوس وجود نداشت، که برای طبقه‌بندی آن به عنوان یک قوس ولتایی ضروری است.
در همان سال، دیوی با عبور دادن یک جریان الکتریکی از میان دو میله کربنی لمس کننده و سپس کشیدن آنها به فاصله کوتاهی از یکدیگر، این اثر را به طور عمومی در مقابل انجمن سلطنتی نشان داد. تظاهرات یک قوس "ضعیف" را نشان داد که به سختی از یک جرقه ثابت، بین نقاط زغال چوب قابل تشخیص بود. جامعه علمی یک باتری قدرتمندتر از 1000 صفحه را در اختیار او قرار داد و در سال 1808 او وقوع یک قوس ولتایی را در مقیاس بزرگ نشان داد. همچنین نام آن به زبان انگلیسی (قوس الکتریکی) به او نسبت داده شده است. او آن را قوس نامید زیرا زمانی که فاصله بین الکترودها نزدیک می شود، شکل کمان رو به بالا را به خود می گیرد. این به دلیل خواص رسانایی گاز داغ است.
قوس ولتایی چگونه ظاهر شد؟ اولین قوس پیوسته به طور مستقل در سال 1802 ثبت شد و در سال 1803 توسط دانشمند روسی واسیلی پتروف که در حال آزمایش باطری مس-روی 4200 دیسکی بود به عنوان "مایع خاصی با خواص الکتریکی" توصیف شد.
مطالعه بیشتر
در پایان قرن نوزدهم، قوس ولتایی به طور گسترده ای وجود داشت.برای روشنایی عمومی استفاده می شود. تمایل قوس الکتریکی به سوسو زدن و صدای خش خش یک مشکل بزرگ بود. در سال 1895، هرتا مارکس آیرتون مجموعه ای از مقالات در مورد الکتریسیته نوشت و توضیح داد که قوس ولتایی نتیجه تماس اکسیژن با میله های کربنی است که برای ایجاد قوس استفاده می شود.
در سال 1899، او اولین زنی بود که مقاله خود را به موسسه مهندسین برق (IEE) ارائه کرد. گزارش او با عنوان "مکانیسم قوس الکتریکی" بود. اندکی پس از آن، آیرتون به عنوان اولین عضو زن مؤسسه مهندسین برق انتخاب شد. زن بعدی قبلاً در سال 1958 در مؤسسه پذیرفته شد. آیرتون درخواست کرد که مقاله ای را به انجمن سلطنتی بخواند، اما به دلیل جنسیتش اجازه انجام این کار را نداشت، و مکانیسم قوس الکتریکی توسط جان پری در سال 1901 به جای او خوانده شد.
شرح
قوس الکتریکی نوعی تخلیه الکتریکی با بیشترین چگالی جریان است. حداکثر جریان کشیده شده از طریق قوس فقط توسط محیط محدود می شود، نه توسط خود قوس.
قوس بین دو الکترود را می توان با یونیزاسیون و تخلیه درخشش هنگامی که جریان از طریق الکترودها افزایش می یابد آغاز کرد. ولتاژ شکست شکاف الکترود تابعی از فشار، فاصله بین الکترودها و نوع گاز اطراف الکترودها است. هنگامی که یک قوس شروع می شود، ولتاژ پایانه آن بسیار کمتر از ولتاژ تخلیه درخشش است و جریان بیشتر است. یک قوس در گازهای نزدیک به فشار اتمسفر با نور مرئی مشخص می شود.چگالی جریان بالا و دمای بالا. تفاوت آن با تخلیه تابشی در این است که دمای مؤثر الکترون ها و یون های مثبت تقریباً یکسان است و در تخلیه تابشی، یون ها انرژی حرارتی بسیار کمتری نسبت به الکترون ها دارند.
هنگام جوشکاری
یک قوس گسترده را می توان توسط دو الکترود که ابتدا در تماس بودند شروع کرد و در طول آزمایش از هم جدا شد. این عمل می تواند یک قوس بدون تخلیه تابش ولتاژ بالا را آغاز کند. این روشی است که جوشکار با لمس فوری الکترود جوش به قطعه کار شروع به جوشکاری می‌کند.
مثال دیگر جداسازی کنتاکت های الکتریکی روی کلیدها، رله ها یا قطع کننده های مدار است. در مدارهای انرژی بالا، ممکن است برای جلوگیری از آسیب تماس، سرکوب قوس مورد نیاز باشد.
قوس ولتایی: مشخصات
مقاومت الکتریکی در امتداد یک قوس ممتد گرمایی ایجاد می کند که مولکول های گاز بیشتری را یونیزه می کند (جایی که درجه یونیزاسیون توسط دما تعیین می شود) و مطابق با این ترتیب، گاز به تدریج به یک پلاسمای حرارتی تبدیل می شود که در تعادل حرارتی است. از آنجایی که دما برای همه اتم ها، مولکول ها، یون ها و الکترون ها نسبتاً یکنواخت توزیع می شود. انرژی منتقل شده توسط الکترون ها به دلیل تحرک زیاد و تعداد زیاد، به سرعت با ذرات سنگین تر از طریق برخوردهای الاستیک پراکنده می شود.
جریان در قوس توسط انتشار گرمایی و میدانی الکترون ها در کاتد پشتیبانی می شود. جاریمی تواند در یک نقطه داغ بسیار کوچک روی کاتد متمرکز شود - به ترتیب یک میلیون آمپر بر سانتی متر مربع. برخلاف تخلیه درخشش، ساختار قوس به سختی قابل تشخیص است، زیرا ستون مثبت کاملاً روشن است و تقریباً تا الکترودها در هر دو انتها گسترش می یابد. افت کاتد و افت آند چند ولتی در کسری از میلی متر از هر الکترود رخ می دهد. ستون مثبت دارای گرادیان ولتاژ کمتری است و ممکن است در قوس های بسیار کوتاه وجود نداشته باشد.
قوس فرکانس پایین
فرکانس پایین (کمتر از 100 هرتز) قوس AC شبیه قوس DC است. در هر چرخه، قوس با یک شکست شروع می شود و الکترودها با تغییر جهت جریان، نقش خود را تغییر می دهند. با افزایش فرکانس جریان، زمان کافی برای یونیزاسیون در واگرایی در هر نیم سیکل وجود ندارد، و دیگر نیازی به شکست برای حفظ قوس نیست - مشخصه ولتاژ و جریان اهمی تر می شود.
مکانی در میان سایر پدیده های فیزیکی
اشکال مختلف قوس ویژگی های نوظهور جریان غیرخطی و الگوهای میدان الکتریکی هستند. قوس در فضایی پر از گاز بین دو الکترود رسانا (اغلب تنگستن یا کربن) رخ می‌دهد و در نتیجه دماهای بسیار بالایی ایجاد می‌کند که قادر به ذوب یا تبخیر بیشتر مواد است. قوس الکتریکی یک تخلیه مداوم است، در حالی که تخلیه جرقه الکتریکی مشابه آنی است. یک قوس ولتایی می تواند در مدارهای DC یا در مدارهای AC رخ دهد. در مورد دوم، او ممکن استبه هر نیم سیکل جریان ضربه بزنید. تفاوت قوس الکتریکی با تخلیه تابش در این است که چگالی جریان نسبتاً زیاد است و افت ولتاژ درون قوس کم است. در کاتد، چگالی جریان می تواند به یک مگا آمپر بر سانتی متر مربع برسد.
پتانسیل مخرب
قوس الکتریکی یک رابطه غیر خطی بین جریان و ولتاژ دارد. هنگامی که قوس ایجاد شد (یا با پیشروی از تخلیه درخشش یا با لمس لحظه ای الکترودها و سپس جدا کردن آنها)، افزایش جریان منجر به ولتاژ کمتری بین پایانه های قوس می شود. این اثر مقاومت منفی مستلزم آن است که نوعی امپدانس مثبت (مانند بالاست الکتریکی) در مدار قرار گیرد تا یک قوس پایدار حفظ شود. این خاصیت همان چیزی است که باعث می شود قوس الکتریکی کنترل نشده در ماشین بسیار مخرب باشد، زیرا زمانی که قوس رخ می دهد جریان بیشتر و بیشتری از منبع ولتاژ DC می گیرد تا زمانی که دستگاه از بین برود.
کاربرد عملی
در مقیاس صنعتی، قوس الکتریکی برای جوشکاری، برش پلاسما، ماشینکاری تخلیه الکتریکی، به عنوان لامپ قوس الکتریکی در پروژکتورهای فیلم و در نورپردازی استفاده می شود. از کوره های قوس الکتریکی برای تولید فولاد و سایر مواد استفاده می شود. کاربید کلسیم از این طریق به دست می آید، زیرا برای رسیدن به یک واکنش گرماگیر (در دمای 2500 درجه سانتیگراد) مقدار زیادی ازانرژی.
چراغ های قوس کربنی اولین چراغ های الکتریکی بودند. آنها برای لامپ های خیابانی در قرن 19 و برای وسایل تخصصی مانند نورافکن تا جنگ جهانی دوم استفاده می شدند. امروزه از قوس الکتریکی کم فشار در بسیاری از مناطق استفاده می شود. به عنوان مثال، لامپ های فلورسنت، جیوه، سدیم و متال هالید برای روشنایی استفاده می شود، در حالی که از لامپ های قوس زنون برای پروژکتورهای فیلم استفاده می شود.
تشکیل یک قوس الکتریکی شدید، مانند یک فلاش قوس در مقیاس کوچک، اساس چاشنی های انفجاری است. زمانی که دانشمندان فهمیدند قوس ولتایی چیست و چگونه می توان از آن استفاده کرد، مواد منفجره موثر انواع سلاح های جهانی را دوباره پر کردند.
کاربرد اصلی باقی مانده تابلو برق فشار قوی برای شبکه های انتقال است. دستگاه‌های مدرن از هگزافلوراید گوگرد با فشار بالا نیز استفاده می‌کنند.
نتیجه گیری
با وجود فرکانس سوختگی قوس ولتایی، یک پدیده فیزیکی بسیار مفید در نظر گرفته می شود که هنوز هم در صنعت، تولید و اقلام تزئینی کاربرد زیادی دارد. او زیبایی‌شناسی خاص خود را دارد و اغلب در فیلم‌های علمی تخیلی حضور دارد. شکست قوس ولتایی کشنده نیست.
