Электрическая искра - Electric spark - Wikipedia

Эта статья об электрических искрах. Для других видов искр см. Искра.
Искра на свеча зажигания
Молния является естественным примером электрической искры.

An электрическая искра резкий электрический разряд, возникающий при достаточно высоком электрическое поле создает ионизированный, электропроводящий канал через нормально изолирующую среду, часто воздух или другие газы или газовые смеси. Майкл Фарадей описал это явление как «красивую вспышку света, сопровождающую разряд обычного электричества».[1]

Быстрый переход из непроводящего состояния в проводящее вызывает короткое излучение света и резкий треск или щелчок. Искра возникает, когда приложенное электрическое поле превышает диэлектрическая прочность на пробой промежуточной среды. Для воздуха прочность на пробой составляет около 30 кВ / см на уровне моря.[2] Экспериментально эта цифра имеет тенденцию различаться в зависимости от влажности, атмосферного давления, формы электродов (игольчатый и заземляющий, полусферический и т. Д.) И соответствующего расстояния между ними и даже типа формы волны, будь то синусоидальная или косинусно-прямоугольная. На начальных этапах бесплатно электроны в промежутке (от космические лучи или же фоновое излучение ) ускоряются электрическим полем. Когда они сталкиваются с молекулами воздуха, они создают дополнительные ионы и недавно освобожденные электроны, которые также ускоряются. В какой-то момент тепловая энергия станет гораздо большим источником ионов. Экспоненциально увеличивающиеся электроны и ионы быстро заставляют области воздуха в зазоре становиться электропроводящий в процессе, называемом пробой диэлектрика. Как только разрыв исчезает, текущий поток ограничено доступной оплатой (для электростатический разряд ) или сопротивление внешних источник питания. Если источник питания продолжает подавать ток, искра превратится в непрерывный разряд, называемый электрическая дуга. Электрическая искра может также возникать в изолирующих жидкостях или твердых телах, но с другими механизмами пробоя, связанными с искрами в газах.

Иногда искры могут быть опасными. Они могут вызвать пожар и ожог кожи.

Молния является примером электрической искры в природе, в то время как электрические искры, большие или маленькие, возникают во многих искусственных объектах или рядом с ними, как намеренно, так и иногда случайно.

История

Бенджамин Франклин вытаскивает электрическую искру на палец от ключа, подвешенного на веревке воздушного змея

Около 600 г. до н.э., греческий философ Фалес Милетский заметил, что янтарь может электризоваться при трении тканью и притягивать другие предметы и вызывать искры.[нужна цитата ] В 1671 г. Лейбниц обнаружил, что искры связаны с электрическими явлениями.[3] В 1708 году Сэмюэл Уолл провел эксперименты с Янтарь протереть тканью до образования искр.[4] В 1752 г. Томас-Франсуа Далибар, действуя на эксперименте, предложенном Бенджамин Франклин, организовал для французского драгуна в отставке по имени Койффье в деревне Марли, чтобы он собирал молния в лейденская банка[5] тем самым доказывая, что молния и электричество эквивалентны. В знаменитом романе Франклина воздушный змей эксперимент, он успешно извлек искры из облака во время грозы.

Использует

Горелка газовой плиты - слева изображен электровоспламенитель.
Искровой передатчик, используемый для связи корабля с берегом на расстояние до 10 км (около 1900 г.) ».

Источники возгорания

Электрические искры используются в Свечи зажигания в бензине двигатель внутреннего сгорания для воспламенения топливно-воздушных смесей.[6] Электрический разряд в свече зажигания возникает между изолированным центральным электродом и заземленной клеммой на основании свечи. Напряжение для искры обеспечивается катушка зажигания или же магнето который соединен со свечой зажигания изолированным проводом.

Воспламенители пламени используют электрические искры для инициирования возгорания в некоторых печи и газовые плиты вместо пилотное пламя.[7] Автоматическое повторное зажигание это функция безопасности, которая используется в некоторых запальниках пламени, которая определяет электрическую проводимость пламени и использует эту информацию, чтобы определить, горит ли пламя горелки.[8] Эта информация используется для предотвращения искры в устройстве розжига после зажигания пламени или перезапуска пламени, если оно погаснет.

Радиосвязь

А передатчик искрового разрядника использует электрический разрядник чтобы генерировать радиочастота электромагнитное излучение что можно использовать как передатчики за беспроводной коммуникация.[9] Датчики искрового разрядника широко использовались в первые три десятилетия радио с 1887–1916 гг. Позже они были вытеснены вакуумная труба системы и к 1940 году больше не использовались для связи. Широкое использование искровых передатчиков привело к прозвищу «искры» для судового радиста.

Металлообработка

Электрические искры используются в различных металлообработка. Электроэрозионная обработка (EDM) иногда называют искровой обработкой и используют искровой разряд для удаления материала с детали.[10] Электроэрозионная обработка используется для твердых металлов или металлов, которые трудно обрабатывать традиционными методами.

Искровое плазменное спекание (SPS) - это спекание техника, использующая импульсный постоянный ток что проходит через проводящий порошок в графит умереть.[11] SPS быстрее обычного горячее изостатическое прессование, где тепло обеспечивается внешними нагревательные элементы.

Химический анализ

Свет, создаваемый электрическими искрами, может собираться и использоваться для спектроскопия называется искра эмиссионная спектроскопия.[12]

Импульсный лазер высокой энергии может использоваться для создания электрической искры. Спектроскопия лазерного пробоя (LIBS) - это тип атомно-эмиссионная спектроскопия который использует высокую энергию импульса лазер возбуждать атомы в образце. LIBS также называют лазерной искровой спектроскопией (LSS).[13]

Электрические искры также могут использоваться для создания ионы за масс-спектрометрии.[14]

Опасности

Электрическая искра, создаваемая электрошокером. При напряжении 150000 вольт искра может легко перескочить через промежуток более 2,5 см.

Искры могут быть опасными для людей, животных или даже неодушевленных предметов. Электрические искры могут воспламенить горючие материалы, жидкости, газы и пары. Даже случайных статических разрядов или небольших искр, возникающих при включении света или других цепей, может быть достаточно для воспламенения легковоспламеняющихся паров из таких источников, как бензин, ацетон, пропан или концентрации пыли в воздухе, например, в мукомольные мельницы или, в более общем смысле, на заводах, работающих с порошками.[15][16]

Искры часто указывают на наличие высокого напряжения или «потенциального поля». Чем выше напряжение; чем дальше искра может проскочить через зазор, и при достаточном количестве поданной энергии могут возникнуть большие разряды, такие как светиться или дуга. Когда человек заряжен статическими зарядами высокого напряжения или находится в присутствии источников высокого напряжения, между проводником и человеком, находящимся на достаточно близком расстоянии, может проскочить искра, позволяя высвобождать гораздо более высокие энергии, которые может вызвать сильные ожоги, остановку сердца и внутренних органов или даже перерасти в дуговая вспышка.

Искры высокого напряжения, даже с малой энергией, например, от электрошоковый пистолет, может перегрузить проводящие пути нервной системы, вызывая непроизвольные сокращения мышц, или нарушить жизненно важные функции нервной системы, такие как сердечный ритм. Когда энергия достаточно мала, большую часть ее можно использовать просто для нагрева воздуха, поэтому искра никогда полностью не стабилизируется в свечение или дугу. Однако искры с очень низкой энергией по-прежнему создают «плазменный туннель» в воздухе, через который может проходить электричество. Эта плазма нагревается до температур, зачастую превышающих температуру поверхности солнца, и может вызвать небольшие локальные ожоги. При наложении электродов на тело человека часто используются токопроводящие жидкости, гели или мази, предотвращающие образование искр в месте контакта и повреждение кожи. Точно так же искры могут вызвать повреждение металлов и других проводников, абляция или изъязвление поверхности; явление, которое эксплуатируется в электрическое травление. Искры также производят озон которые в достаточно высоких концентрациях могут вызывать респираторный дискомфорт или расстройство, зуд или повреждение тканей, а также могут быть вредными для других материалов, таких как определенные пластмассы.[17][18]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Фарадей, Экспериментальные исследования электричества, том 1 пункт 69.
  2. ^ Мик, Дж. (1940). «Теория искрового разряда». Физический обзор. 57 (8): 722–728. Bibcode:1940ПхРв ... 57..722М. Дои:10.1103 / PhysRev.57.722.
  3. ^ Крыжановский, Л. Н. (1989). «Картографирование истории электричества». Наукометрия. 17: 165–170. Дои:10.1007 / BF02017730.
  4. ^ Heilbron, J. L .; Хейлборн, Дж. Л. (1979). Электричество в 17-18 веках: исследование физики раннего Нового времени. Беркли: Калифорнийский университет Press. ISBN  978-0-520-03478-5.
  5. ^ Майкл Брайан Шиффер, Нарисуйте молнию: Бенджамин Франклин и электрические технологии в эпоху Просвещения. Калифорнийский университет Press, стр. 164
  6. ^ День, Джон (1975). Книга Bosch об автомобиле, его эволюции и инженерном развитии. Пресса Св. Мартина. С. 206–207. LCCN  75-39516. OCLC  2175044.
  7. ^ Билл Уитмен; Билл Джонсон; Джон Томчик (2004). Техника охлаждения и кондиционирования воздуха, 5E. Клифтон-Парк, штат Нью-Йорк: Томсон Делмар Обучение. стр. 677ff. ISBN  978-1-4018-3765-5.
  8. ^ Эд Соби (2010). Как устроены кухни: наука о микроволновой печи, тефлоновой сковороде, утилизации мусора и многом другом. Чикаго, штат Иллинойс: Chicago Review Press. п. 116. ISBN  978-1-56976-281-3.
  9. ^ Бошан, К. Г. (2001). История телеграфии. Лондон: Институт инженеров-электриков. ISBN  978-0-85296-792-8.
  10. ^ Джеймсон, Элман С. (2001). Электроэрозионная обработка. Дирборн, штат Мичиган: Общество инженеров-производителей. ISBN  978-0-87263-521-0.
  11. ^ Мунир, З. А .; Anselmi-Tamburini, U .; Охьянаги, М. (2006). «Влияние электрического поля и давления на синтез и консолидацию материалов: обзор метода искрового плазменного спекания». Журнал материаловедения. 41 (3): 763. Bibcode:2006JMatS..41..763M. Дои:10.1007 / s10853-006-6555-2.
  12. ^ Уолтерс, Дж. П. (1969). «Исторические достижения в области искровой эмиссионной спектроскопии». Прикладная спектроскопия. 23 (4): 317–331. Bibcode:1969ApSpe..23..317W. Дои:10.1366/000370269774380662.
  13. ^ Радзиемский, Леон Дж .; Кремерс, Дэвид А. (2006). Справочник по спектроскопии лазерного пробоя. Нью-Йорк: Джон Вили. ISBN  978-0-470-09299-6.
  14. ^ Демпстер, А. Дж. (1936). «Источники ионов для масс-спектроскопии». Обзор научных инструментов. 7 (1): 46–49. Bibcode:1936RScI .... 7 ... 46Д. Дои:10.1063/1.1752028.
  15. ^ Введение в физику Джеймс Шипман, Джерри Д. Уилсон, Чарльз А. Хиггинс, Омар Торрес - Cengage Learning 2016 Стр. 202
  16. ^ Опасность электростатического разряда при взрыве пылиhttps://powderprocess.net/Safety/Electrostatics_Risks_ATEX_DSEAR.html
  17. ^ Управление опасными источниками энергии: отключение, обесточивание, изоляция и блокировка Томас Нил МакМанус - CRC Press, 2013, стр. 79-80, 95-96, 231, 346, 778, 780
  18. ^ Электростатические опасности Авторы: Гюнтер Лутгенс, Норман Уилсон - Reed Professional and Educational Publishing Ltd. 1997

внешняя ссылка