Quan es parla de les característiques d'un arc voltaic, val la pena esmentar que té una tensió inferior a la d'una descàrrega brillant i es basa en la radiació termoiònica dels electrons dels elèctrodes que suporten l'arc. Als països de parla anglesa, aquest terme es considera arcaic i obsolet.
Les tècniques de supressió d'arc es poden utilitzar per reduir la durada de l'arc o la probabilitat d'arc.
A finals del 1800, l'arc voltaic va ser molt utilitzat per a l'enllumenat públic. Alguns arcs elèctrics de baixa pressió s'utilitzen en moltes aplicacions. Per exemple, s'utilitzen làmpades fluorescents, làmpades de mercuri, de sodi i d'halogenurs metàl·lics. Es van utilitzar làmpades d'arc de xenó per als projectors de pel·lícules.
Obertura de l'arc voltaic
Aquest fenomen es creu que va ser descrit per primera vegada per Sir Humphry Davy en un article de 1801 publicat al Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts de William Nicholson. Tanmateix, el fenomen descrit per Davy no era un arc elèctric, sinó només una espurna. Exploradors posteriorsva escriure: Òbviament, aquesta és una descripció no d'un arc, sinó d'una espurna. L'essència del primer és que ha de ser continu i els seus pols no s'han de tocar després d'haver sorgit. L'espurna creada per Sir Humphry Davy no era clarament contínua i, tot i que va romandre carregada durant un temps després del contacte amb àtoms de carboni, el més probable és que no hi hagués connexió de l'arc, que és necessària per a la seva classificació com a voltaica.
El mateix any, Davy va demostrar públicament l'efecte davant la Royal Society fent passar un corrent elèctric a través de dues barres de carboni en contacte i després separant-les a poca distància. La demostració mostrava un arc "dèbil", difícilment distingible d'una espurna constant, entre punts de carbó vegetal. La comunitat científica li va proporcionar una bateria més potent de 1000 plaques, i el 1808 va demostrar l'aparició d'un arc voltaic a gran escala. També se li atribueix el seu nom en anglès (arc elèctric). El va anomenar arc perquè pren la forma d'un arc cap amunt quan la distància entre els elèctrodes s'acosta. Això es deu a les propietats conductores del gas calent.
Com va aparèixer l'arc voltaic? El primer arc continu es va registrar de manera independent el 1802 i el va descriure el 1803 com "un líquid especial amb propietats elèctriques" pel científic rus Vasily Petrov, que estava experimentant amb una bateria de coure-zinc de 4.200 discos.
Estudi addicional
A finals del segle XIX, l'arc voltaic era àmpliamentutilitzat per a l'enllumenat públic. La tendència dels arcs elèctrics a parpellejar i xiular era un problema important. El 1895, Hertha Marx Ayrton va escriure una sèrie d'articles sobre electricitat, explicant que l'arc voltaic era el resultat de l'entrada en contacte de l'oxigen amb les barres de carboni utilitzades per crear l'arc.
El 1899, va ser la primera dona que va presentar el seu propi treball davant l'Institut d'Enginyers Elèctrics (IEE). El seu informe es titulava "El mecanisme de l'arc elèctric". Poc després, Ayrton va ser escollida com la primera dona membre de l'Institut d'Enginyers Elèctrics. La següent dona va ser ingressada a l'institut ja l'any 1958. Ayrton va demanar llegir un article davant la Royal Society, però no se li va permetre fer-ho a causa del seu gènere, i John Perry va llegir The Mechanism of the Electric Arc en el seu lloc el 1901.
Descripció
Un arc elèctric és un tipus de descàrrega elèctrica amb la densitat de corrent més alta. El corrent màxim que travessa l'arc està limitat només per l'entorn, no pel propi arc.
L'arc entre dos elèctrodes es pot iniciar mitjançant la ionització i la descàrrega brillant quan augmenta el corrent que passa pels elèctrodes. La tensió de ruptura de la bretxa de l'elèctrode és una funció combinada de la pressió, la distància entre els elèctrodes i el tipus de gas que envolta els elèctrodes. Quan s'inicia un arc, la seva tensió terminal és molt menor que la d'una descàrrega brillant i el corrent és més alt. Un arc en gasos prop de la pressió atmosfèrica es caracteritza per la llum visible, alta densitat de corrent i alta temperatura. Es diferencia d'una descàrrega brillant perquè les temperatures efectives dels electrons i dels ions positius són aproximadament les mateixes, i en una descàrrega brillant, els ions tenen una energia tèrmica molt més baixa que els electrons.
En soldar
Un arc estès es pot iniciar mitjançant dos elèctrodes inicialment en contacte i separats durant l'experiment. Aquesta acció pot iniciar un arc sense una descàrrega brillant d' alta tensió. Aquesta és la manera com el soldador comença a soldar la junta tocant instantàniament l'elèctrode de soldadura a la peça de treball.
Un altre exemple és la separació de contactes elèctrics en interruptors, relés o disjuntors. En circuits d' alta energia, pot ser necessària la supressió de l'arc per evitar danys per contacte.
Arc voltaic: característiques
La resistència elèctrica al llarg d'un arc continu crea calor que ionitza més molècules de gas (on el grau d'ionització ve determinat per la temperatura), i d'acord amb aquesta seqüència, el gas es converteix gradualment en un plasma tèrmic que es troba en equilibri tèrmic. ja que la temperatura es distribueix de manera relativament uniforme per a tots els àtoms, molècules, ions i electrons. L'energia transferida pels electrons es dispersa ràpidament amb partícules més pesades mitjançant col·lisions elàstiques a causa de la seva gran mobilitat i gran nombre.
El corrent a l'arc és suportat per l'emissió termoiònica i de camp d'electrons al càtode. Actuales pot concentrar en un punt calent molt petit del càtode, de l'ordre d'un milió d'amperes per centímetre quadrat. En contrast amb la descàrrega brillant, l'estructura de l'arc és difícil de distingir, ja que la columna positiva és bastant brillant i s'estén gairebé fins als elèctrodes als dos extrems. La caiguda del càtode i la caiguda de l'ànode d'uns quants volts es produeixen en una fracció de mil·límetre de cada elèctrode. La columna positiva té un gradient de tensió més baix i pot estar absent en arcs molt curts.
Arc de baixa freqüència
L'arc de CA de baixa freqüència (menys de 100 Hz) s'assembla a l'arc de CC. En cada cicle, l'arc s'inicia per una ruptura i els elèctrodes canvien de paper quan el corrent canvia de direcció. A mesura que augmenta la freqüència actual, no hi ha prou temps per a la ionització a la divergència en cada mig cicle, i ja no cal la ruptura per mantenir l'arc: la característica de voltatge i corrent es torna més ohmica.
Un lloc entre altres fenòmens físics
Les diferents formes d'arc són propietats emergents dels patrons de camp elèctric i de corrent no lineal. L'arc es produeix en un espai ple de gas entre dos elèctrodes conductors (sovint tungstè o carboni), donant lloc a temperatures molt elevades capaços de fondre o vaporitzar la majoria dels materials. Un arc elèctric és una descàrrega contínua, mentre que una descàrrega d'espurna elèctrica similar és instantània. Un arc voltaic pot ocórrer tant en circuits de corrent continu com en circuits de corrent alterna. En aquest darrer cas, ella potcolpejar cada mig cicle del corrent. Un arc elèctric difereix d'una descàrrega brillant perquè la densitat de corrent és bastant alta i la caiguda de tensió dins de l'arc és baixa. Al càtode, la densitat de corrent pot arribar a un megaampere per centímetre quadrat.
Potencial destructiu
L'arc elèctric té una relació no lineal entre el corrent i la tensió. Un cop s'ha creat l'arc (ja sigui avançant a partir d'una descàrrega brillant o tocant momentàniament els elèctrodes i després separant-los), l'augment de corrent provoca una menor tensió entre els terminals de l'arc. Aquest efecte de resistència negativa requereix que es col·loqui algun tipus d'impedància positiva (com ara llast elèctric) al circuit per mantenir un arc estable. Aquesta propietat és la que fa que els arcs elèctrics incontrolats en una màquina siguin tan destructius, ja que un cop es produeixi l'arc, extreu més i més corrent de la font de tensió de CC fins que el dispositiu es destrueixi.
Aplicació pràctica
A escala industrial, els arcs elèctrics s'utilitzen per a la soldadura, el tall per plasma, el mecanitzat de descàrrega elèctrica, com a llum d'arc en projectors de pel·lícules i en il·luminació. Els forns d'arc elèctric s'utilitzen per produir acer i altres substàncies. D'aquesta manera s'obté carbur de calci, ja que per aconseguir una reacció endotèrmica (a temperatures de 2500 °C) una gran quantitat deenergia.
Les llums d'arc de carboni van ser les primeres llums elèctriques. Es van utilitzar per als fanals al segle XIX i per a aparells especialitzats com els reflectors fins a la Segona Guerra Mundial. Avui dia, els arcs elèctrics de baixa pressió s'utilitzen en moltes àrees. Per exemple, les làmpades fluorescents, de mercuri, de sodi i d'halogenurs metàl·lics s'utilitzen per a la il·luminació, mentre que les làmpades d'arc de xenó s'utilitzen per als projectors de pel·lícules.
La formació d'un arc elèctric intens, com un flaix d'arc a petita escala, és la base dels detonadors explosius. Quan els científics van saber què és un arc voltaic i com es pot utilitzar, els explosius efectius han omplert la varietat d'armes mundials.
La principal aplicació restant és l'aparell de commutació d' alta tensió per a xarxes de transmissió. Els dispositius moderns també utilitzen hexafluorur de sofre d' alta pressió.
Conclusió
Malgrat la freqüència de les cremades d'arc voltaic, es considera un fenomen físic molt útil, encara molt utilitzat en la indústria, la fabricació i els articles de decoració. Té la seva pròpia estètica i sovint apareix en pel·lícules de ciència-ficció. La derrota de l'arc voltaic no és fatal.
