valokaaren on laite, jossa sähkövirta (a virtaa elektroneja) on aiheuttanut virrata välillä kaksi pistettä erottaa kaasusta. Näitä kahta pistettä kutsutaan elektrodeiksi. Se, josta virta on peräisin, on katodi. Elektrodi, jota kohti elektronit virtaavat, on anodi., Termi valokaari viittaa sekä itse laitteen sekä sähköinen purkaus, joka tapahtuu laitteen sisällä. Kaaret voivat hyödyntää korkeita, ilmakehän tai matalapaineita ja ne voivat sisältää erilaisia kaasuja. Niitä käytetään laajalti valaisimina, uuneina, lämmitykseen, leikkaamiseen ja hitsaukseen sekä työkaluina tietyntyyppisiin kemiallisiin analyyseihin.
sähkönjohtavuus kaasujen
Kaasut ovat yleensä köyhiä johtimet sähköä. Atomit tai molekyylit, joista ne koostuvat, eivät yleensä sisällä vapaita elektroneja, joita virta tarvitsee virtaamaan., Se ehto voi kuitenkin muuttua. Jos kaasuun syötetään riittävästi energiaa, sen atomit tai molekyylit hajoavat (ionisoituvat) varatuiksi hiukkasiksi. Jos kipinä kulkee esimerkiksi happikaasuastian läpi, happimolekyylit ionisoituvat muodostaen joitakin positiivisesti varautuneita happi-ioneja ja jotkut negatiivisesti varautuneita happi-ioneja. Nämä varatut hiukkaset mahdollistavat kaasun johtamisen.
Kaaren rakentaminen
valokaaren energiaa tarvitaan tuottamaan ionisaatio tulee ulkoisesta lähteestä, kuten sähkö generaattori., Voimakas virta elektroneja virtaa katodi ja sitten koko kaasu-täytetty kuilu anodi. Kun nämä elektronit kulkevat kaasun läpi, ne aiheuttavat ionisaatiota. Prosessissa muodostuneet ionit tekevät virran virtaamisesta elektrodien välillä entistä helpompaa. Jokaista kaasua, jotkut pienin määrä energiaa tarvitaan,
)
ionisaation tuottamiseksi tietyssä lämpötilassa ja paineessa., Energia tunnetaan kaasun hajoamispotentiaalina.
Yksi esimerkki valokaari on salama. Luonnossa kaksi pilveä voi toimia elektrodeina, tai sähkövirta voi virrata pilven ja maan pinnan välillä. Kummassakin tapauksessa virta virtaa ilman läpi, ionisoivat hapen, typen ja muiden kaasujen molekyylit ilmakehässä.
salamointiin liittyvä valo ja ääni ovat osoitus merkittävästä muutoksesta, joka tapahtuu elektrodien välisessä kaasussa. Sähkövirran virtaus lämmittää kaasun korkeisiin lämpötiloihin., Salamoihin liittyvä valo on osoitus tästä muutoksesta. Ukkosen jyrähdys on toinen merkki muutos—lämmitetty ilma ympärillä salama laajenee nopeasti, tuottaa ääniaallon.
yksinkertaisin valokaari koostuu kahden elektrodin valmistettu suorittaa materiaalin ja sijaitsee lyhyen matkan päässä toisistaan. Ilma on tässä kaaressa käytetty kaasu. Tällaista valokaarta tutki ensimmäisenä englantilainen fyysikko ja kemisti Humphry Davy (1778-1829) vuonna 1808.,
Erilaisia hitsauslaitteet eroavat toisistaan kahdessa suhteessa: paine, jossa he toimivat ja materiaaleja, joista ne on tehty. Sähkö kaaria voi olla suljettu lasi-tai muoviastioita, josta ilma on pumpattu ulos (alipaine kaaria) tai joka ilma tai muu kaasu on lisätty (korkea paine kaaria).
kaaren tuottama valo riippuu sekä materiaalista, josta elektrodit valmistetaan, että niiden erottavasta kaasusta. Joillakin elektrodeilla ei ole muuta tehtävää kuin johtaa sähkövirta kaareen ja ulos., Muut elektrodit on valittu, koska niillä on taipumus höyrystyä, kun kaari on käytetty, muuttuvat vastuuvapauden, joka on valmistettu. Sähkökaariin valitaan erilaisia kaasuja, koska nekin vaikuttavat tuotettuihin päästöihin. Esimerkiksi Jokainen kemiallinen alkuaine tuottaa ionisoituessaan Oman ominaisvärinsä.
sähkökaarien käyttö
on olemassa monenlaisia kaaria, joista jokaisella on omat sovelluksensa. Hitsauksessa käytetään esimerkiksi kaarihitsaajia (joissa metalli sulatetaan ja lisätään liitokseen). Joissakin tapauksissa kaaren ainoa tehtävä on toimittaa lämpöä., Muissa tapauksissa yhdestä elektrodista saatua metallia voidaan käyttää hitsin muodostamiseen. Plasmasoihtuja käytetään leikkaamiseen, ruiskuttamiseen ja kaasulämmitykseen. Plasma on termi, jota käytetään kuumista, ionisoituneista kaasuista. Leikkaus metalli plasmapoltin voidaan tehdä avulla kaari muodostuu metallin itse ja elektrodi soihtu.
valokaaria käytetään usein valaisimina niiden tuottaman valon määrän vuoksi. Valo tulee kuuma, hehkuva elektrodit (hiiltä kaaret) ja, joskus, lämmitetty kaasut (liekki-kaarta)., Hiilikaari, jossa kaksi hiilitankoa toimii elektrodeina, oli ensimmäinen käytännöllinen kaupallinen valaisinlaite. Se on edelleen yksi kirkkaimmista lähteitä valoa, ja sitä käytetään edelleen teatteri motion-kuva projektorit, suuret valonheittimet, ja majakat. Liekkikaaria käytetään värivalokuvauksessa ja valokemiallisissa prosesseissa, koska ne lähenevät luonnon auringonpaistetta. Hiili on kyllästetty kemikaaleilla, jotka kiehuvat helposti pois. Nämä kemikaalit muuttuvat valovoimaisiksi haihtuessaan ja kaaren lämmittäessä.,
liekkikaarien väri riippuu materiaalista, josta elektrodit valmistetaan. Esimerkiksi kalsiumkaaret antavat punaista hehkua, kun taas bariumkaaret antavat vihreää hehkua. Joissakin liekkikaarissa tuotettu säteily on näkyvän alueen ulkopuolella. Korkeapaineiset elohopeakaaret tuottavat ultraviolettisäteilyä. Ne voivat myös tuottaa näkyvää valoa alhainen paine putki, jos sisäinen seinät putki on päällystetty fluoresoivalla materiaalilla tunnetaan fosfori. Fosforista lähtee näkyvää valoa, kun siihen osuu ultraviolettisäteilyä elohopeasta.