Elektrisk gnist - Electric spark
En elektrisk gnist er en brå elektrisk utladning som oppstår når et tilstrekkelig høyt elektrisk felt skaper en ionisert , elektrisk ledende kanal gjennom et normalt isolerende medium, ofte luft eller andre gasser eller gassblandinger. Michael Faraday beskrev dette fenomenet som "den vakre lysglimten som deltar i utslipp av vanlig elektrisitet".
Den raske overgangen fra en ikke-ledende til en ledende tilstand gir et kort lysutslipp og en skarp sprekk eller snappelyd. En gnist oppstår når det påførte elektriske feltet overstiger den dielektriske nedbrytningsstyrken til det mellomliggende mediet. For luft er nedbrytningsstyrken omtrent 30 kV/cm ved havnivå. Eksperimentelt har denne figuren en tendens til å variere avhengig av fuktighet, atmosfærisk trykk, formen på elektroder (nål og jordplan, halvkuleformet etc.) og den tilsvarende avstanden mellom dem og til og med typen bølgeform, enten sinusformet eller cosinus-rektangulær. I begynnelsesstadiene akselereres frie elektroner i gapet (fra kosmiske stråler eller bakgrunnsstråling ) av det elektriske feltet. Når de kolliderer med luftmolekyler, danner de ytterligere ioner og nylig frigjorte elektroner som også akselereres. På et tidspunkt vil termisk energi gi en mye større kilde til ioner. De eksponensielt økende elektronene og ionene får raskt områder av luften i gapet til å bli elektrisk ledende i en prosess som kalles dielektrisk nedbrytning . Når gapet brytes ned, er strømmen begrenset av tilgjengelig ladning (for en elektrostatisk utladning ) eller av impedansen til den eksterne strømforsyningen . Hvis strømforsyningen fortsetter å levere strøm, vil gnisten utvikle seg til en kontinuerlig utladning som kalles en lysbue . En elektrisk gnist kan også forekomme i isolerende væsker eller faste stoffer, men med forskjellige nedbrytningsmekanismer fra gnister i gasser.
Noen ganger kan gnister være farlige. De kan forårsake brann og brenne huden.
Lyn er et eksempel på en elektrisk gnist i naturen, mens elektriske gnister, store eller små, forekommer i eller i nærheten av mange menneskeskapte gjenstander, både ved design og noen ganger ved et uhell.
Historie
I 1671 oppdaget Leibniz at gnister var forbundet med elektriske fenomener. I 1708 utførte Samuel Wall eksperimenter med gult gned med klut for å produsere gnister. I 1752 arrangerte Thomas-François Dalibard , etter et eksperiment foreslått av Benjamin Franklin , at en pensjonert fransk dragon ved navn Coiffier i landsbyen Marly skulle samle lyn i en Leyden-krukke og dermed bevise at lyn og elektrisitet var likeverdige. I Franklins berømte drakeeksperiment hentet han gnister fra en sky under tordenvær.
Bruker
Antennelseskilder
Elektriske gnister brukes i tennplugger i bensinforbrenningsmotorer for å tenne drivstoff og luftblandinger. Den elektriske utladningen i en tennplugg skjer mellom en isolert sentralelektrode og en jordet terminal på bunnen av pluggen. Spenningen for gnisten er levert av en tennspole eller magneto som er koblet til tennpluggen med en isolert ledning.
Flammetennere bruker elektriske gnister for å starte forbrenning i noen ovner og gassovner i stedet for en pilotflamme . Auto reignition er en sikkerhetsfunksjon som brukes i noen flammetennere som registrerer flammens elektriske ledningsevne og bruker denne informasjonen til å avgjøre om en brennerflamme lyser. Denne informasjonen brukes til å stoppe en tenning fra gnisten etter at flammen er tent eller starte flammen på nytt hvis den slukker.
Radiokommunikasjon
En gnistgapssender bruker en elektrisk gnistgap for å generere radiofrekvent elektromagnetisk stråling som kan brukes som sendere for trådløs kommunikasjon. Spark gap -sendere ble mye brukt i de tre første tiårene med radio fra 1887–1916. De ble senere erstattet av vakuumrørsystemer , og i 1940 ble de ikke lenger brukt til kommunikasjon. Den brede bruken av gnistgap-sendere førte til kallenavnet "gnister" for et skips radiooffiser.
Metallbearbeiding
Elektriske gnister brukes i forskjellige typer metallbearbeiding . Elektrisk utladning (EDM) kalles noen ganger gnistbearbeiding og bruker en gnistutladning for å fjerne materiale fra et arbeidsstykke. Elektrisk utslippsmaskinering brukes til harde metaller eller de som er vanskelige å bearbeide med tradisjonelle teknikker.
Spark plasma sintring (SPS) er en sintringsteknikk som bruker en pulserende likestrøm som passerer gjennom et ledende pulver i en grafittform . SPS er raskere enn vanlig varm isostatisk pressing , der varmen tilføres av eksterne varmeelementer .
Kjemisk analyse
Lyset som produseres av elektriske gnister kan samles opp og brukes til en type spektroskopi som kalles gnistemissionsspektroskopi .
En pulsen laser med høy energi kan brukes til å produsere en elektrisk gnist. Laserindusert nedbrytningsspektroskopi (LIBS) er en type atomemissionsspektroskopi som bruker en laser med høy pulsenergi for å eksitere atomer i en prøve. LIBS har også blitt kalt laser gnistspektroskopi (LSS).
Elektriske gnister kan også brukes til å lage ioner for massespektrometri . Det er også påført gnistutladning ved elektrokjemisk sansing via in-situ overflatemodifisering av engangs silketrykte karbonelektroder (SPE) med forskjellige metall- og karbonkilder.
Farer
Gnister kan være farlige for mennesker, dyr eller livløse gjenstander. Elektriske gnister kan antenne brennbare materialer, væsker, gasser og damper. Selv utilsiktede statiske utladninger eller små gnister som oppstår når du slår på lys eller andre kretser, kan være nok til å tenne brannfarlige damper fra kilder som bensin, aceton, propan eller støvkonsentrasjoner i luften, for eksempel de som finnes i melfabrikker eller mer generelt på fabrikker som håndterer pulver.
Gnister indikerer ofte tilstedeværelsen av en høyspenning, eller "potensielt felt". Jo høyere spenning; jo lenger en gnist kan hoppe over et gap, og med nok energi levert kan føre til større utslipp som en glød eller en bue . Når en person er ladet med høye spenningsstatiske ladninger, eller er i nærvær av høyspent elektriske forsyninger, kan en gnist hoppe mellom en leder og en person som er i nær nok nærhet, slik at det frigjøres mye høyere energier som kan forårsake alvorlige forbrenninger, stenge hjertet og indre organer, eller til og med utvikle seg til en lysbue .
Høyspenningsgnister, selv de med lav energi, for eksempel fra en stun gun , kan overbelaste de ledende banene i nervesystemet, forårsake ufrivillige muskelsammentrekninger eller forstyrre vitale nervesystemfunksjoner som hjerterytme. Når energien er lav nok, kan det meste brukes bare ved å varme opp luften, slik at gnisten aldri stabiliserer seg helt til en glød eller lysbue. Imidlertid produserer gnister med svært lav energi fremdeles en "plasmatunnel" gjennom luften, som strøm kan passere gjennom. Dette plasmaet oppvarmes til temperaturer som ofte er større enn overflaten av solen, og kan forårsake små, lokaliserte brannskader. Ledende væsker, geler eller salver brukes ofte når du påfører elektroder på en persons kropp, og forhindrer at gnister dannes ved berøring og skader huden. På samme måte kan gnister forårsake skade på metaller og andre ledere, som kan fjerne overflaten; et fenomen som utnyttes i elektrisk etsing . Gnister produserer også ozon som i høye nok konsentrasjoner kan forårsake ubehag i luftveiene eller lidelse, kløe eller vevsskade, og kan være skadelig for andre materialer, for eksempel visse plaster.
Se også
Referanser
Eksterne linker
- Szikrakisülés (1) ... (4) Elektrisk gnist (1) ... (4). Videoer på portalen FizKapu (på ungarsk) .