Zaloguj się
Wszystkie
22 stycznia 2025
72
Podstawowe informacje na temat wyładowań
Przedstawione metody są niebezpieczne! Pracując z generatorami wysokich napięć należy zawsze pamiętać o niebezpieczeństwie, które im towarzyszy! Generatory te wytwarzają napięcia od kilkunastu tysięcy woltów wzwyż, co może stanowić zagrożenie dla życia i zdrowia. Nawet po wyłączeniu niektórych z przedstawionych generatorów, kondensatory w nich występujące mogą posiadać ładunek o napięciu setek lub tysięcy woltów nawet wiele minut po odłączeniu zasilania. Dlatego po wyłączeniu takiego generatora należy użyć dobrze zaizolowanego narzędzia lub przewodu by rozładować te kondensatory, albo odczekać 10…20 minut.
Wyładowania elektryczne, a sprzęt pomiarowy. Ponadto należy pamiętać, że duże wyładowania generują silne pola elektromagnetyczne między elektrodami wyładowczymi, a wrażliwy sprzęt pomiarowy może nie być w stanie tego wytrzymać.
Nie należy zatem uruchamiać takich generatorów w pobliżu delikatnego sprzętu pomiarowego, jak multimetry czy oscyloskopy. Nie dość, iż zbyt mała odległość może uszkodzić delikatne obwody wejściowe tych przyrządów, to jeszcze, w większości przypadków, oscyloskop czy multimetr i tak jest bezużyteczny. Dlatego lepiej albo przenieść generator na inny blat, albo przenieść sprzęt pomiarowy.
Należy też pamiętać o tym, iż wyładowania elektryczne wytwarzają dość silne zakłócenia w paśmie radiowym. Sąsiedzi mogą nie być zachwyceni, gdy ich ulubiona audycja radiowa zostanie przerwana trzaskami i szumami wytwarzanymi przez taki generator. Uporczywi niszczyciele miru radiowego mogą spodziewać się odwiedzin pracowników Urzędu Komunikacji Elektronicznej i policji. Przyp. tłum.
Zależność między napięciem a długością łuku elektrycznego. Eksperymentując z opisanymi obwodami i technikami, oczywiście chcemy wiedzieć, jakie napięcie jest generowane przez dany prototyp. Nie można zmierzyć tej wielkości za pomocą standardowego sprzętu pomiarowego. Bardzo niedokładną, ale praktycznie użyteczną metodą pomiaru jest zmierzenie długości łuku elektrycznego, który można wytworzyć. Ogólnie rzecz biorąc, przyjmuje się wartość orientacyjną 10 000 V (10 kV) na centymetr długości łuku między dwiema ostro zakończonymi elektrodami w suchym powietrzu. W przypadku pracy z elektrodami o kulistych końcach przyjmuje się napięcie 30 kV na centymetr długości łuku.
Ta metoda pomiaru nie jest dokładna, ponieważ napięcie przebicia powietrza zależy od wielu czynników, takich jak:
- wilgotność,
- temperatura,
- ciśnienie powietrza,
- rodzaj napięcia,
- skład powietrza.
Niektórzy hobbyści budują samodzielnie dzielniki rezystorowe pozwalające na pomiar bardzo wysokich napięć. Dzielniki takie wykonywane są z wielu rezystorów o wartości 1 MΩ połączonych szeregowo i umieszczonych w pojemniku wypełnionym olejem syntetycznym. Dzielnik 1:100 wymaga setki takich rezystorów, a napięcie odkładające się na ostatnim z nich będzie równe 1/100 napięcia na całym dzielniku. Przyp. tłum.
Definicja iskry. Iskra to nagłe wyładowanie elektryczne, które występuje, gdy pole elektryczne między dwiema elektrodami staje się tak silne, że w normalnie nieprzewodzącym powietrzu powstaje zjonizowany, przewodzący prąd kanał.
Gwałtowne przejście ze stanu nieprzewodzącego do przewodzącego powoduje krótki błysk światła i głośny huk. Mówi się wtedy, że następuje „przebicie”, a wielkość napięcia, przy którym to następuje, nazywa się „napięciem przebicia”.
Niebezpieczeństwa związane z wyładowaniami. Nawet niewielkie wyładowania mogą spowodować zapłon łatwopalnych materiałów, cieczy i gazów. Wszystkie wyładowania wytwarzają w powietrzu „tunel plazmowy”, przez który przepływają elektrony. Plazma ta ma temperaturę wyższą niż temperatura na powierzchni Słońca. Dlatego nawet najmniejsze iskry z zapalarki gazowej są w stanie zapalić gaz. Iskry mogą również łatwo spowodować niewielkie, miejscowe oparzenia.
Bardzo wysoka temperatura w tunelu plazmowym może spowodować uszkodzenie powierzchni metalowych przedmiotów, ponieważ część metalu odparowuje lokalnie. Zjawisko to jest wykorzystywane podczas elektrycznego wytrawiania tekstów lub piktogramów na gładkich powierzchniach metalowych. Dobrze znanym urządzeniem opracowanym do tego celu jest „Sparcatron”.
Nawet iskry o niskiej energii mogą przeciążać ścieżki przewodzenia ludzkiego układu nerwowego, powodując miejscowe skurcze mięśni lub zakłócając rytm serca. Wreszcie, wszystkie wyładowania wytwarzają ozon, który w odpowiednio wysokich stężeniach może powodować problemy z oddychaniem i jest szkodliwy dla niektórych tworzyw sztucznych.
Zjawisko przebicia elektrycznego. Prąd elektryczny powstaje, gdy duża ilość naładowanych elektrycznie cząstek zaczyna przepływać w jednym kierunku przez materiał. Cząstki te są indukowane do takiego zachowania po przyłożeniu napięcia elektrycznego do materiału, które wytwarza pole elektryczne. Naładowane cząstki tworzące prąd elektryczny nazywane są „nośnikami ładunku”. W metalach te nośniki ładunku składają się z elektronów obecnych na zewnętrznych powłokach atomów. Są one bardzo ruchliwe i mogą przeskakiwać z atomu na atom. Zjawisko to powoduje, że metale dobrze przewodzą prąd elektryczny. W przewodzących cieczach (elektrolitach) i plazmie nośnikami ładunku są naładowane elektrycznie atomy zwane „jonami”.
W materiałach, które nie przewodzą prądu elektrycznego, takich jak powietrze, nośniki ładunku są ściśle związane z atomami. Potrzeba bardzo silnego pola elektrycznego, tj. bardzo wysokiego napięcia, aby zerwać te wiązania i wywołać przepływ prądu elektrycznego.
Przy określonym natężeniu pola liczba swobodnych nośników ładunku w materiale gwałtownie wzrasta, powodując, że materiał staje się przewodnikiem. Zjawisko to nazywane jest „przebiciem elektrycznym”.
Wyładowanie Townsenda. W powietrzu, ze względu na procesy takie jak fotojonizacja i promieniowanie z rozpadu radioaktywnego, zawsze obecnych jest kilka wolnych nośników ładunku. Są one przyspieszane przez pole elektryczne wysokiego napięcia i uwalniają dodatkowe elektrony z atomów, gdy zderzają się z atomami znajdującymi się w powietrzu. Elektrony te są również przyspieszane i z kolei wyzwalają nowe wolne elektrony. W ten sposób powstaje reakcja łańcuchowa zwana „wyładowaniem Townsenda”. Takie wyładowanie Townsenda objawia się w postaci łuku elektrycznego (zwanego potocznie iskrą bądź iskrami).
Atomy w powietrzu, które utraciły jeden lub więcej elektronów w wyniku wyładowania Townsenda, nazywane są „jonami”, a proces, w którym to się dzieje, nazywany jest „jonizacją powietrza”.
Zjawisko świetlne iskier. Dlaczego iskra to błysk światła? Wyładowanie Townsenda tworzy jony w powietrzu. Taki jon jest w stanie niestabilnym i będzie dążył do uzyskania stabilności poprzez rekombinację elektronów. Ten proces rekombinacji uwalnia energię w postaci cząstek światła lub „fotonów”. Fotony te mają różne poziomy energii, co skutkuje światłem o różnych kolorach i intensywności.
Jednak podczas tworzenia iskry, lokalnie generowane jest również dużo ciepła, które może spowodować, że cząsteczki w powietrzu będą przez chwilę świecić. To również przyczyni się do emisji światła.
Fakt, iż różne pierwiastki emitują światło o różnych długościach jest wykorzystywany od lat w systemach oświetleniowych opartych o jonizację gazów polem elektrycznym i wyładowania elektryczne. Znane z oświetlenia ulicznego niskoprężne lampy sodowe używają niewielkiej ilości rtęci do wstępnego zapalenia łuku w specjalnej rurce. Wysoka temperatura tego wstępnego wyładowania rozgrzewa atomy metalicznego sodu w rurce do temperatury parowania, a zjonizowany sód zaczyna emitować charakterystyczne dla siebie pomarańczowe światło. Z kolei w tradycyjnych lampach błyskowych i stroboskopach wypełniający rurkę palnika z kwarcowego szkła ksenon jest jonizowany za pomocą zewnętrznej elektrody napięciem kilku kV. Zjonizowany gaz zaczyna przewodzić prąd między dwoma elektrodami głównymi zwierając tym samym kondensator wyładowczy, co kończy się bardzo krótkim błyskiem intensywnego, białego światła. Przyp. tłum.
Zjawisko dźwiękowe iskier. Podczas procesu iskrzenia wytwarzana jest znaczna ilość ciepła. Ciepło to zwiększa temperaturę otaczającego powietrza i powoduje jego rozszerzanie się. Ta gwałtowna ekspansja powietrza wokół iskry tworzy falę ciśnienia, która rozprzestrzenia się w powietrzu. Ta fala uderzeniowa jest odbierana jako huk.
Co więcej, w przypadku iskry generowana fala ciśnienia może poruszać się szybciej niż sam dźwięk, co skutkuje hukiem, który słychać nieco wcześniej niż dźwięk fali ciśnienia.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
