Un arc electric este un dispozitiv în care un curent electric (un flux de electroni) este cauzată de fluxul între două puncte separate de un gaz. Cele două puncte sunt numite electrozi. Cel din care provine curentul este catodul. Electrodul spre care curg electronii este anodul., Termenul arc electric se referă atât la dispozitivul în sine, cât și la descărcarea electrică care are loc în interiorul dispozitivului. Arcele pot folosi presiuni ridicate, atmosferice sau scăzute și pot conține o varietate de gaze. Ei au utilizări largi ca lămpi luminoase; ca cuptoare; pentru încălzire, tăiere și sudare; și ca instrumente pentru anumite tipuri de analize chimice.
conductivitatea electrică în gaze
gazele sunt în mod normal conductori slabi ai energiei electrice. Atomii sau moleculele din care constau de obicei nu conțin electroni liberi necesari pentru ca un curent să curgă., Această condiție se poate schimba, totuși. Dacă este furnizată suficientă energie gazului, atomii sau moleculele sale se vor rupe (ioniza) în particule încărcate. Dacă o scânteie este trecută printr-un recipient de gaz de oxigen, de exemplu, moleculele de oxigen ionizează pentru a forma niște ioni de oxigen încărcați pozitiv și unii ioni de oxigen încărcați negativ. Aceste particule încărcate fac apoi posibil ca gazul să devină conductiv. într-un arc electric, energia necesară pentru producerea ionizării provine dintr-o sursă externă, cum ar fi un generator electric., Un flux intens de electroni curge în catod și apoi peste golul umplut cu gaz la anod. Pe măsură ce acești electroni trec prin gaz, provoacă ionizare. Ionii formați în proces fac fluxul de curent între electrozi chiar mai ușor. Pentru fiecare gaz, este necesară o cantitate minimă de energie
)
pentru a produce ionizare la o anumită temperatură și presiune., Acea energie este cunoscută ca potențialul de descompunere al gazului. un exemplu de arc electric este un fulger. În natură, doi nori pot acționa ca electrozi, sau curentul electric poate curge între un nor și suprafața Pământului. În ambele cazuri, curentul curge prin aer, molecule ionizante de oxigen, azot și alte gaze din atmosferă. lumina și sunetul asociate fulgerului sunt dovezi ale unei schimbări importante care apare în gazul dintre electrozi. Fluxul de curent electric încălzește gazul la temperaturi ridicate., Lumina asociată cu fulgerul este o dovadă a acestei schimbări. Aplauzele tunetului sunt un alt semn al schimbării—aerul încălzit din jurul fulgerului se extinde rapid, producând o undă sonoră. cel mai simplu arc electric constă din doi electrozi realizați dintr-un material conductor și situați la o distanță scurtă unul de celălalt. Aerul este gazul utilizat în acest arc. Acest tip de arc electric a fost studiat pentru prima dată de fizicianul și chimistul englez Humphry Davy (1778-1829) în 1808., diferitele tipuri de arcuri electrice diferă una de cealaltă în două privințe: presiunea la care funcționează și materialele din care sunt fabricate. Arcurile electrice pot fi închise în recipiente de sticlă sau plastic din care a fost pompat aer (arcuri de vid) sau la care a fost adăugat aer sau alt gaz (Arcuri de înaltă presiune). lumina produsă de un arc depinde atât de materialul din care sunt făcuți electrozii, cât și de gazul care le separă. Unii electrozi nu au altă funcție decât să conducă un curent electric în și în afara arcului., Alți electrozi sunt aleși deoarece tind să se vaporizeze atunci când se utilizează arcul, schimbând descărcarea produsă. Diferite gaze sunt alese pentru a fi utilizate în arce electrice, deoarece afectează și descărcările produse. De exemplu, fiecare element chimic produce propria culoare caracteristică atunci când este ionizat.
utilizări ale arcurilor electrice
există multe tipuri de arce, fiecare cu propriile sale aplicații. De exemplu, sudorii cu arc sunt utilizați pentru sudare (unde un metal este topit și adăugat într-o îmbinare). În unele cazuri, singura funcție a arcului este de a furniza căldură., În alte cazuri, metalul de la un electrod poate fi de fapt utilizat în formarea sudurii. Torțele cu plasmă sunt utilizate pentru tăiere, pulverizare și încălzire cu gaz. Plasma este un termen folosit pentru gazele fierbinți, ionizate. Tăierea unui metal cu o torță cu plasmă se poate face cu ajutorul unui arc format între metalul însuși și un electrod din torță. arcurile electrice sunt adesea folosite ca lămpi din cauza cantității de lumină pe care o produc. Această lumină provine de la electrozi fierbinți, strălucitori (arce de carbon) și, uneori, de la gaze încălzite (arce de flacără)., Arcul de carbon, în care două tije de carbon servesc ca electrozi, a fost primul dispozitiv practic de iluminat comercial. Rămâne una dintre cele mai strălucitoare surse de lumină și este încă folosită în proiectoarele de teatru, proiectoarele mari și farurile. Arcurile de flacără sunt utilizate în fotografia color și în procesele fotochimice, deoarece se apropie îndeaproape de soarele natural. Carbonul este saturat cu substanțe chimice care se fierbe ușor. Aceste substanțe chimice devin luminoase atunci când se evaporă și sunt încălzite de arc., culoarea arcurilor de flacără depinde de materialul din care sunt realizați electrozii. De exemplu, arcurile de calciu dau o strălucire roșie, în timp ce arcurile de bariu dau o strălucire verde. În unele arce de flacără, radiația produsă este în afara domeniului vizibil. Arcurile de mercur la presiune ridicată produc radiații ultraviolete. De asemenea, pot produce lumină vizibilă într-un tub de joasă presiune dacă pereții interiori ai tubului sunt acoperiți cu un material fluorescent cunoscut sub numele de fosfor. Fosforul emite lumină vizibilă atunci când este lovit de radiațiile ultraviolete din mercur.