łuk elektryczny jest urządzeniem, w którym prąd (przepływ elektronów) jest spowodowany przepływem między dwoma punktami oddzielonymi gazem. Dwa punkty nazywane są elektrodami. Tym, z którego pochodzi prąd, jest katoda. Elektroda, w kierunku której przepływają elektrony, jest anodą., Termin łuk elektryczny odnosi się zarówno do samego urządzenia, jak i do wyładowania elektrycznego, które ma miejsce w urządzeniu. Łuki mogą wykorzystywać wysokie, atmosferyczne lub niskie ciśnienia i mogą zawierać różne gazy. Mają szerokie zastosowanie jako lampy świetlne; jako piece; do ogrzewania, cięcia i spawania; oraz jako narzędzia do niektórych rodzajów analizy chemicznej.
Przewodność elektryczna w gazach
gazy są zwykle ubogimi przewodnikami elektryczności. Atomy lub cząsteczki, z których się składają, zwykle nie zawierają wolnych elektronów potrzebnych do przepływu prądu., Ten stan może się jednak zmienić. Jeśli do gazu zostanie dostarczona wystarczająca energia, jego atomy lub cząsteczki rozpadną się (jonizują) na naładowane cząstki. Jeśli iskra jest przepuszczana przez zbiornik tlenu, na przykład cząsteczki tlenu jonizują się, tworząc dodatnio naładowane jony tlenu i ujemnie naładowane jony tlenu. Te naładowane cząstki sprawiają, że gaz staje się przewodzący.
Budowa łuku
w łuku elektrycznym energia potrzebna do wytworzenia jonizacji pochodzi z zewnętrznego źródła, takiego jak generator elektryczny., Intensywny strumień elektronów przepływa do katody, a następnie przez wypełnioną gazem szczelinę do anody. Gdy te elektrony przechodzą przez gaz, powodują jonizację. Jony powstające w procesie sprawiają, że przepływ prądu między elektrodami jest jeszcze łatwiejszy. Dla każdego gazu potrzebna jest pewna minimalna ilość energii
)
do wytwarzania jonizacji w danej temperaturze i ciśnieniu., Energia ta jest znana jako potencjał rozpadu gazu.
jednym z przykładów łuku elektrycznego jest piorun. W naturze dwie chmury mogą działać jako elektrody lub prąd elektryczny może przepływać między chmurą a powierzchnią ziemi. W obu przypadkach prąd przepływa przez powietrze, jonizując cząsteczki tlenu, azotu i innych gazów w atmosferze.
światło i dźwięk związane z piorunem są dowodem na ważną zmianę, która zachodzi w gazie między elektrodami. Przepływ prądu elektrycznego podgrzewa gaz do wysokich temperatur., Światło związane z piorunem jest dowodem na tę zmianę. Klask grzmotu to kolejny znak zmiany—ogrzane powietrze wokół błyskawicy szybko się rozszerza, wytwarzając falę dźwiękową.
najprostszy łuk elektryczny składa się z dwóch elektrod wykonanych z materiału przewodzącego i położonych w niewielkiej odległości od siebie. Powietrze jest gazem używanym w tym łuku. Ten rodzaj łuku elektrycznego został po raz pierwszy zbadany przez angielskiego fizyka i chemika Humphry 'ego Davy' ego (1778-1829) w 1808 roku.,
różne rodzaje łuków elektrycznych różnią się od siebie pod dwoma względami: ciśnieniem, przy którym działają i materiałami, z których są wykonane. Łuki elektryczne mogą być zamknięte w szklanych lub plastikowych pojemnikach, z których powietrze zostało wypompowane (łuki próżniowe) lub do których dodano powietrze lub inny gaz (łuki pod wysokim ciśnieniem).
światło wytwarzane przez łuk zależy zarówno od materiału, z którego wykonane są elektrody, jak i od gazu, który je oddziela. Niektóre elektrody nie mają innej funkcji niż przewodzenie prądu elektrycznego do i z łuku., Inne elektrody są wybierane, ponieważ mają tendencję do parowania, gdy łuk jest używany, zmieniając wytwarzane wyładowanie. Różne gazy są wybierane do stosowania w łukach elektrycznych, ponieważ również wpływają na wytwarzane wyładowania. Na przykład, każdy pierwiastek chemiczny wytwarza swój własny charakterystyczny kolor po zjonizowaniu.
zastosowania łuków elektrycznych
istnieje wiele typów łuków, każdy z własnymi aplikacjami. Na przykład spawarki łukowe są używane do spawania (gdzie metal jest stapiany i dodawany w spoinie). W niektórych przypadkach jedyną funkcją łuku jest dostarczanie ciepła., W innych przypadkach metal z jednej elektrody może być rzeczywiście używany do formowania spoiny. Palniki plazmowe są używane do cięcia, natryskiwania i ogrzewania gazowego. Plazma to termin stosowany w odniesieniu do gorących, zjonizowanych gazów. Cięcie metalu palnikiem plazmowym można wykonać za pomocą łuku utworzonego między samym metalem a elektrodą z palnika.
łuki elektryczne są często używane jako lampy ze względu na ilość wytwarzanego przez nie Światła. Światło to pochodzi z gorących, świecących elektrod (łuki węglowe), a czasami z ogrzanych gazów (łuki płomieniowe)., Łuk węglowy, w którym dwa pręty węglowe służą jako elektrody, był pierwszym praktycznym komercyjnym urządzeniem oświetleniowym. Pozostaje jednym z najjaśniejszych źródeł światła i nadal jest używany w projektorach kinowych, dużych reflektorach poszukiwawczych i latarniach morskich. Łuki płomieniowe są stosowane w fotografii kolorowej i w procesach fotochemicznych, ponieważ zbliżają się do naturalnego nasłonecznienia. Węgiel jest nasycony chemikaliami, które łatwo się gotują. Chemikalia te stają się Świetliste, gdy odparowują i są podgrzewane przez łuk.,
kolor łuków płomieniowych zależy od materiału, z którego wykonane są elektrody. Na przykład łuki wapnia wydzielają czerwony blask, podczas gdy łuki baru wydzielają zielony blask. W niektórych łukach płomieniowych wytwarzane promieniowanie znajduje się poza zakresem widzialnym. Łuki rtęci pod wysokim ciśnieniem wytwarzają promieniowanie ultrafioletowe. Mogą również wytwarzać światło widzialne w rurze niskiego ciśnienia, jeśli wewnętrzne ściany rury są pokryte materiałem fluorescencyjnym znanym jako fosfor. Luminofor emituje światło widzialne po uderzeniu przez promieniowanie ultrafioletowe z rtęci.