Kada govorimo o karakteristikama voltaičnog luka, vrijedi spomenuti da on ima niži napon od užarenog pražnjenja i da se oslanja na termoionsko zračenje elektrona s elektroda koje podupiru luk. U zemljama engleskog govornog područja ovaj se izraz smatra arhaičnim i zastarjelim.
Tehnike suzbijanja luka mogu se koristiti za smanjenje trajanja luka ili vjerojatnosti nastanka luka.
U kasnim 1800-im, voltaični luk se naširoko koristio za javnu rasvjetu. Neki električni lukovi niskog tlaka koriste se u mnogim primjenama. Na primjer, za rasvjetu se koriste fluorescentne svjetiljke, živine, natrijeve i metalhalogene svjetiljke. Ksenonske lučne svjetiljke korištene su za filmske projektore.
Otvaranje voltaičnog luka
Vjeruje se da je ovaj fenomen prvi opisao Sir Humphry Davy u članku iz 1801. objavljenom u časopisu William Nicholson's Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts. Međutim, fenomen koji je opisao Davy nije bio električni luk, već samo iskra. Kasniji istraživačinapisao: “Ovo očito nije opis luka, već iskre. Suština prvog je da mora biti kontinuirana, a njegovi polovi se ne smiju dodirivati nakon što je nastao. Iskra koju je stvorio Sir Humphry Davy očito nije bila kontinuirana, i iako je ostala nabijena neko vrijeme nakon kontakta s atomima ugljika, najvjerojatnije nije bilo veze luka, što je neophodno za njegovu klasifikaciju kao naponski.
Iste godine, Davy je javno demonstrirao učinak pred Kraljevskim društvom propuštajući električnu struju kroz dvije ugljične šipke koje se dodiruju, a zatim ih povlačeći na malu udaljenost. Demonstracija je pokazala "slab" luk, koji se teško razlikovao od stalne iskre, između točaka drvenog ugljena. Znanstvena zajednica osigurala mu je snažniju bateriju od 1000 ploča, a 1808. demonstrirao je pojavu naponskog luka u velikim razmjerima. On je također zaslužan za njegovo ime na engleskom (električni luk). Nazvao ga je lukom jer poprima oblik luka prema gore kada se udaljenost između elektroda približi. To je zbog vodljivih svojstava vrućeg plina.
Kako se pojavio voltaični luk? Prvi kontinuirani luk neovisno je zabilježen 1802. i opisao ga je 1803. kao "posebnu tekućinu s električnim svojstvima" ruski znanstvenik Vasilij Petrov, koji je eksperimentirao s bakreno-cink baterijom od 4200 diskova.
Daljnji studij
Krajem devetnaestog stoljeća, voltaični luk je bio široko rasprostranjenkoristi se za javnu rasvjetu. Sklonost električnih luka treperenju i šištanju bila je veliki problem. Godine 1895. Hertha Marx Ayrton napisala je niz radova o elektricitetu, objašnjavajući da je naponski luk rezultat kontakta kisika s ugljičnim šipkama korištenim za stvaranje luka.
Godine 1899. bila je prva žena koja je dala svoj vlastiti rad pred Institutom elektrotehničkih inženjera (IEE). Njezino izvješće nosilo je naslov "Mehanizam električnog luka". Ubrzo nakon toga, Ayrton je izabrana za prvu ženu članicu Instituta za elektrotehniku. Sljedeća žena primljena je u institut već 1958. godine. Ayrton je zatražila da pročita članak pred Kraljevskim društvom, ali to nije smjela učiniti zbog njenog spola, a Mehanizam električnog luka je umjesto nje 1901. pročitao John Perry.
Opis
Električni luk je vrsta električnog pražnjenja s najvećom gustoćom struje. Maksimalna struja povučena kroz luk ograničena je samo okolinom, a ne samim lukom.
Luk između dvije elektrode može se pokrenuti ionizacijom i užarenim pražnjenjem kada se poveća struja kroz elektrode. Probojni napon elektrodnog razmaka kombinirana je funkcija tlaka, udaljenosti između elektroda i vrste plina koji okružuje elektrode. Kada se luk pokrene, napon na njegovom terminalu je mnogo manji od napona usijanog pražnjenja, a struja je veća. Luk u plinovima blizu atmosferskog tlaka karakterizira vidljiva svjetlost,velika gustoća struje i visoka temperatura. Razlikuje se od svjetlećeg pražnjenja po tome što su efektivne temperature i elektrona i pozitivnih iona približno iste, a u svjetlećem pražnjenju ioni imaju mnogo nižu toplinsku energiju od elektrona.
Prilikom zavarivanja
Dvije elektrode koje su u početku u kontaktu i razdvojene tijekom eksperimenta mogu pokrenuti produženi luk. Ova radnja može pokrenuti luk bez visokonaponskog užarenog pražnjenja. Ovo je način na koji zavarivač započinje zavarivanje spoja trenutnim dodirom elektrode za zavarivanje na radni komad.
Još jedan primjer je razdvajanje električnih kontakata na prekidačima, relejima ili prekidačima. U visokoenergetskim krugovima može biti potrebno gašenje luka kako bi se spriječilo oštećenje kontakta.
Voltaični luk: karakteristike
Električni otpor duž neprekidnog luka stvara toplinu koja ionizira više molekula plina (gdje je stupanj ionizacije određen temperaturom), a u skladu s tim slijedom, plin se postupno pretvara u toplinsku plazmu koja je u toplinskoj ravnoteži jer je temperatura relativno jednoliko raspoređena za sve atome, molekule, ione i elektrone. Energija koju prenose elektroni brzo se raspršuje s težim česticama kroz elastične sudare zbog njihove velike pokretljivosti i velikog broja.
Struja u luku je podržana termoionskom i poljskom emisijom elektrona na katodi. Trenutnomože biti koncentriran na vrlo maloj vrućoj točki na katodi - reda veličine milijun ampera po kvadratnom centimetru. Za razliku od svjetlećeg pražnjenja, struktura luka se teško može razlikovati, budući da je pozitivni stupac prilično svijetao i proteže se gotovo do elektroda na oba kraja. Katodni i anodni pad od nekoliko volti javljaju se unutar djelića milimetra svake elektrode. Pozitivni stupac ima niži gradijent napona i može biti odsutan u vrlo kratkim lukovima.
Luk niske frekvencije
Niskofrekventni (manje od 100 Hz) AC luk nalikuje istosmjernom luku. U svakom ciklusu, luk se pokreće slomom, a elektrode mijenjaju uloge kada struja promijeni smjer. Kako se strujna frekvencija povećava, nema dovoljno vremena za ionizaciju pri divergenciji u svakom poluciklusu, a raspad više nije potreban za održavanje luka - napon i strujna karakteristika postaju omičnija.
Mjesto među ostalim fizičkim fenomenima
Različiti oblici luka su nova svojstva nelinearne struje i uzoraka električnog polja. Luk se javlja u prostoru ispunjenom plinom između dvije vodljive elektrode (često volframove ili ugljične), što rezultira vrlo visokim temperaturama koje mogu otopiti ili ispariti većinu materijala. Električni luk je kontinuirano pražnjenje, dok je slično električno pražnjenje iskre trenutno. Naponski luk se može pojaviti u istosmjernim ili izmjeničnim krugovima. U potonjem slučaju, ona možeudari svaki poluperiod struje. Električni luk se razlikuje od užarenog pražnjenja po tome što je gustoća struje prilično visoka, a pad napona unutar luka mali. Na katodi gustoća struje može doseći jedan megaamper po kvadratnom centimetru.
Destruktivni potencijal
Električni luk ima nelinearan odnos između struje i napona. Jednom kada je luk stvoren (bilo napredovanjem od užarenog pražnjenja ili trenutnim dodirivanjem elektroda i njihovim odvajanjem), povećanje struje rezultira nižim naponom između terminala luka. Ovaj negativni učinak otpora zahtijeva da se neki oblik pozitivne impedancije (poput električnog balasta) postavi u krug kako bi se održao stabilan luk. Ovo je svojstvo ono što uzrokuje da nekontrolirani električni lukovi u stroju budu toliko destruktivni, jer će jednom kada se luk pojavi, crpiti sve više struje iz izvora istosmjernog napona sve dok se uređaj ne uništi.
Praktična primjena
U industrijskim razmjerima, električni lukovi se koriste za zavarivanje, rezanje plazmom, obradu s električnim pražnjenjem, kao lučna lampa u filmskim projektorima i u rasvjeti. Električne lučne peći koriste se za proizvodnju čelika i drugih tvari. Na taj se način dobiva kalcijev karbid, budući da se za postizanje endotermne reakcije (na temperaturama od 2500°C) koristi velika količinaenergija.
Ugljična lučna svjetla bila su prva električna svjetla. Korištene su za ulične svjetiljke u 19. stoljeću i za specijalizirane uređaje poput reflektora do Drugog svjetskog rata. Danas se električni lukovi niskog tlaka koriste u mnogim područjima. Na primjer, fluorescentne, živine, natrijeve i metalhalogene svjetiljke koriste se za rasvjetu, dok se ksenonske lučne žarulje koriste za filmske projektore.
Stvaranje intenzivnog električnog luka, poput bljeska luka malog razmjera, osnova je eksplozivnih detonatora. Kada su znanstvenici naučili što je naponski luk i kako se može koristiti, učinkoviti eksplozivi su dopunili raznolikost svjetskog oružja.
Glavna preostala primjena su visokonaponski razvodni uređaji za prijenosne mreže. Moderni uređaji također koriste visokotlačni sumpor heksafluorid.
Zaključak
Unatoč učestalosti izgaranja naponskog luka, smatra se vrlo korisnim fizičkim fenomenom, koji se još uvijek široko koristi u industriji, proizvodnji i ukrasnim predmetima. Ona ima svoju estetiku i često se pojavljuje u znanstveno-fantastičnim filmovima. Poraz voltaičnog luka nije fatalan.
