Hai bisogno di alta tensione o corrente per produrre una scintilla?

Una scintilla elettrica può formarsi quando c'è un'alta energia potenziale tra due conduttori, giusto? La mia domanda è: si può formare una scintilla con alta corrente e bassa tensione o solo viceversa?

È necessaria un'alta tensione per produrre una scintilla nell'aria.

Esistono due modi per ottenere un'alta tensione. Uno è fare un'alta tensione intenzionalmente.

L'altro è che è possibile ottenere un'alta tensione involontariamente interrompendo una grande corrente in un circuito induttivo. Poiché tutti i conduttori sono induttivi in ​​una certa misura, una corrente sufficientemente alta che passa attraverso un interruttore di apertura creerà una scintilla quando i contatti si aprono e provano a fermare la corrente. Fornire una lampadina del faro da una batteria da 12 V tramite cavi di derivazione e poi tirarne uno di solito genererà una scintilla quando si apre la connessione.

Prima della scintilla, non c'è alcuna corrente, solo una tensione (differenza di potenziale) tra due punti.

La scarica dell'arco si verifica quando la tensione è abbastanza elevata da superare il gap, quindi continua quando i conduttori vengono separati fino a quando il plasma non si dissipa. Questo dipende da quanto è grande il divario; puoi facilmente attirare scintille visibili da un alimentatore da 12 V strofinando insieme alcuni conduttori. Piccoli archi si formano attraverso i pochi micron di spazio tra le superfici che non sono perfettamente piatte.

Una volta che un arco è colpito, è un conduttore abbastanza buono, quindi la tensione su di esso scenderà e la corrente aumenterà fino a quando non sarà limitata dal resto del sistema.

I generatori Van der Graff e simili sistemi di "elettricità statica" sono effettivamente condensatori caricati a tensioni enormi che producono una corrente abbastanza elevata per una durata estremamente breve. Ciò consente loro di produrre scintille lunghe e brevi.

Al contrario, i saldatori ad arco funzionano con tensioni relativamente basse, forse fino a 20 V, ma correnti estremamente elevate (centinaia o migliaia di ampere). Ciò richiede una distanza molto breve: è necessario toccare il materiale da saldare con l'elettrodo.

Tutto dipende da come definisci una scintilla. Se le particelle di metallo che bruciano contano come una scintilla, puoi crearne una con tensioni molto basse. Il cortocircuito di una batteria AA da 1,5 V crea tali scintille che possono essere facilmente viste. Ciò di cui hai bisogno è una corrente sufficiente per fondere il metallo, in genere sono necessarie correnti di almeno 1..5 A affinché le scintille siano osservabili alla luce del giorno.

Se parliamo di archi elettrici tra elettrodi fissi, è necessario soddisfare le condizioni della legge di Paschen che mette in relazione tensione, pressione e distanza tra gli elettrodi. In aria a pressione atmosferica, sono necessari almeno 327 V per creare un arco prolungato a una distanza di 7,5 µm. È interessante notare che ridurre la distanza aumenterà solo la tensione poiché gli ioni devono percorrere una certa distanza prima di guadagnare energia sufficiente a creare un'emissione di elettroni secondaria all'impatto con il catodo.

Se riesci a toccare gli elettrodi per accendere inizialmente l'arco (fondendo il metallo con correnti elevate come descritto sopra) e poi separandoli, puoi ottenere un arco considerevole con tensioni più basse. Ecco come funziona la saldatura ad arco. Sono necessari sia la tensione che la corrente elevata per sostenere tali archi, con una tensione approssimativamente proporzionale alla lunghezza dell'arco. Le tensioni di saldatura tipiche sono 12-36 V, che è sufficiente per creare un arco di diversi mm.

Risposta di fisica applicata n. 2

Hai bisogno di alta tensione o corrente per produrre una scintilla?

che cos'è una scintilla? :

La luce emessa da una scintilla non proviene dalla corrente degli elettroni stessi, ma dal mezzo materiale che fluisce in risposta alle collisioni degli elettroni. Quando gli elettroni si scontrano con molecole d'aria nello spazio, eccitano i loro elettroni orbitali a livelli di energia più elevati. Quando questi elettroni eccitati ritornano ai loro livelli di energia originali, emettono energia come luce. È impossibile che si formi una scintilla visibile nel vuoto. Senza intervenire materia capace di transizioni elettromagnetiche, la scintilla sarà invisibile (vedi arco del vuoto)

L'energia della scintilla può essere molto piccola a causa della densità estremamente elevata da una superficie estremamente piccola. Il campo di carica esponenziale aumenta con l'aumentare della forza nella direzione in cui sta viaggiando. Scontrarsi con una carica simile stazionaria non si tocca mai, ma viene rapidamente respinto per deviare il suo percorso e spesso si dirama in due percorsi diversi e continua verso l'obiettivo di polarità opposta.

Poiché la velocità della carica mobile è molto lenta nei conduttori (vedi velocità di deriva), la sua superficie può essere piccola quanto le molecole cariche che accelerano verso una polarità di carica opposta in micro a millisecondi. Una volta raggiunto l'obiettivo del conduttore, si verifica il meccanismo sopra definito, che si svolge in pico in nanosecondi e dura fino a quando l'energia immagazzinata viene dissipata nell'aria.

Esperimento al tempo di Natale
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Prima usavamo il tinsel di Natale 🌲 che è di plastica metallizzata come tappi di plastica ma che si allunga come una breve stringa di 40 cm. Potrebbe puntare orizzontalmente verso la TV a partire da 1 m di distanza e si allungherebbe quando si avvicinava e poi si scattava quando il BDV dell'aria ~ 1kV / mm dalla canutiglia veniva superato di circa 2 ~ 4 cm. Ciò ha confermato la mia stima della tensione di carica. Eppure la scintilla poteva a malapena avvertire con probabilmente Amp che scorreva in un nanosecondo.

È l' aria che fa esplodere e non i conduttori. Ma l'intervallo di corrente è così piccolo che l'elettrodo di saldatura e il bersaglio si fondono dal gas caldo del plasma ad entrambe le estremità.
Il mezzo di plasma caldo diventa un conduttore termico ed elettrico surriscaldato e un mezzo di supporto per il trasferimento di gas di elettrodi e particelle per far fluire e saldare il metallo bersaglio.

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La stessa scintilla può essere creata da 5 microjoule di energia induttiva di rottura immagazzinati in una rottura sponontanea ad alta tensione se la rottura può essere molto più veloce della velocità di deriva nel conduttore. -

Una proprietà di tutti gli isolanti ad alta tensione come l'aria è che sono dielettrici, che è una costante proporzionale della capacità di carica. Normalizziamo la permeabilità di tutti gli altri dielettrici come Air, che è anche molto vicino a 1,0 di un vuoto.

Sì, un vuoto ha un'impedenza EM che si rompe anche a livelli molto più alti nello spazio a meno che non vi sia un flusso ionico da venti solari o peggio, un effetto Carrington ”

Inoltre tutti i dielettrici sono isolanti elettrici e la maggior parte sono anche isolanti termici ad eccezione di fluidi come l'olio.

Tutti gli isolatori hanno una tensione di rottura anche se l'aria tende ad abbassare la soglia di barriera in kV / mm a rottura a causa di contaminanti caricati mobili che si scontrano e creano una condizione di valanga o una "scarica di Townsend" che può essere peggiorata o abbassata con un parziale vuoto fino a quando le particelle sono così poche che non ci sono collisioni, valanghe e corrente di flusso. Faraday ha caratterizzato questo arco con moltissimi esperimenti, tanto che ha ispirato Paschen a sviluppare l'equazione della pressione dell'aria contro la soglia di rottura e ispirare molti altri tra cui Maxwell che ha letto tutti gli esperimenti di Faraday e ha prestato loro più attenzione rispetto ai grandi matematici tedeschi come Gauss che ha insistito sugli effetti di una carica a distanza, ma aveva grandi proprietà matematiche, quando c'erano chiaramente più effetti a distanza ravvicinata.

Sappiamo che ci sono fondamentalmente 3 proprietà di carica, conduttori, isolanti e semiconduttori. Sorpresa! L'aria diventa un semiconduttore una volta raggiunta la tensione iniziale per provocare una scintilla, non importa quanto piccola. Lo chiamiamo nel settore delle utility di alimentazione Tensione di scarica parziale o PDIV che è solo un test di fabbrica opzionale prima della tensione di rottura.

Aspetta un minuto se è un semiconduttore, possiamo ricavarne un TRANSISTORE ! Dato che l'effetto valanghe su un gas è una resistenza negativa?

No, ma puoi crearne un tubo a vuoto e utilizzare un gas inerte per evitare l'ossidazione, quindi hai un tubo a gas "semiconduttore" Ma l'arco non è buono per i tubi a vuoto audio, quindi usi la resistenza negativa o il guadagno gm reso più sensibile al calore e quindi HV la polarizza ben al di sotto dell'effetto corona blu che si verifica dalla vecchiaia (a causa dell'elettrodo alla contaminazione da gas) la corona è luce visibile ma quando dall'interno ai componenti prima della tensione di rottura (BDV) la chiamiamo scarica parziale (PD) ps Ci sono circa 10 mila tesi di dottorato su Microsoft Academics o Google Scholar solo su questo argomento.

A parte la soglia cambia in qualche modo lineare con gap tranne alle estremità come 50 um o 50 km, quindi è meno lineare.

Ma per scopi pratici, ricordare 1kV / mm o 10kV / cm per conduttori affilati e circa 3 volte questa quantità per superfici piane lisce.

Per comportarsi come un TRIAC con una soglia di 1,3 V lo spazio dovrebbe iniziare da zero come estrarre la spina di un motore e un arco lungo può essere disegnato fino a quando la soglia inferiore di mantenimento della corrente o qualche altra forza sull'aria interrompe la connessione .

TRIACS ha anche una soglia di corrente di mantenimento per DC anche se consideriamo sempre il prossimo "zero crossing" della corrente alternata come il tempo di spegnimento.

CONTATTI —-

Per questo motivo i contatti CC nei relè devono essere declassati per la corrente con carichi induttivi poiché il RISULTATO della corrente dell'arco di rottura può raggiungere oltre 6000 ° C in aria a causa del contenuto di ossigeno e idrogeno.

Finalmente --

Risposta semplice:

Sì E No sia alla tensione che alla corrente. Puoi fare una scintilla con alta tensione o corrente O bassa tensione o corrente,

Sperimentare

Anche da una cella della batteria AA o meglio una cella LiPo con un "trasformatore MOT" disegna un grande arco quando è scollegata, ma è ancora bassa tensione attraverso l'arco, eppure tensione molto alta appena prima che l'arco inizi, poiché i contatti asciutti si rompono molto velocemente ( dt in ns) e sappiamo V = LdI / dt ma con contatto rimbalzo **

Non è possibile avviare un arco ma è possibile allungare un arco grande con quanto sopra dopo aver caricato la corrente per alcuni secondi sul primario

Se già conducendo, la creazione di un gap isolante in alcuni dielettrici come aria o SF6 o olio richiede tempo per gli elettroni di eccitarsi e saltare attraverso il gap (microsecondi) ma poi si trasformano in modalità semiconduttore e si arco in picosecondo al tempo di salita del microsecondo se stiamo parlando di un vuoto o di un contaminante in un tappo a Y in plastica o un cavo di alimentazione HVAC XLPE o una particella di polvere nell'olio o aria umida su una boccola o un fulmine in vetro HV. Quindi, proprio come i triac e i diodi tunnel e i protettori per tubi del gas, hanno una bassa resistenza negativa che dipende dalla densità corrente. Il che li rende utili anche per gli oscillatori che generano arco ad alta tensione come hanno scoperto Tesla e i trasmettitori come hanno scoperto Marconi e Faraday ha fatto tutti questi esperimenti secoli fa.