Ao falar das características de um arco voltaico, vale ress altar que ele tem uma tensão menor que uma descarga luminosa e depende da radiação termiônica dos elétrons dos eletrodos que sustentam o arco. Nos países de língua inglesa, esse termo é considerado arcaico e obsoleto.
Técnicas de supressão de arco podem ser usadas para reduzir a duração do arco ou a probabilidade de arco.
No final de 1800, o arco voltaico era amplamente utilizado para iluminação pública. Alguns arcos elétricos de baixa pressão são usados em muitas aplicações. Por exemplo, lâmpadas fluorescentes, mercúrio, sódio e lâmpadas de iodetos metálicos são usadas para iluminação. Lâmpadas de arco de xenônio foram usadas para projetores de filmes.
Abrindo o arco voltaico
Acredita-se que este fenômeno tenha sido descrito pela primeira vez por Sir Humphry Davy em um artigo de 1801 publicado no Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts de William Nicholson. No entanto, o fenômeno descrito por Davy não foi um arco elétrico, mas apenas uma faísca. Exploradores posterioresescreveu: “Esta é obviamente uma descrição não de um arco, mas de uma faísca. A essência do primeiro é que ele deve ser contínuo, e seus pólos não devem se tocar depois que ele surgiu. A faísca criada por Sir Humphry Davy claramente não era contínua e, embora permanecesse carregada por algum tempo após o contato com átomos de carbono, provavelmente não havia conexão do arco, o que é necessário para sua classificação como voltaica.
No mesmo ano, Davy demonstrou publicamente o efeito perante a Royal Society, passando uma corrente elétrica através de duas hastes de carbono que se tocam e, em seguida, afastando-as a uma curta distância. A demonstração mostrou um arco "fraco", dificilmente distinguível de uma faísca constante, entre pontos de carvão. A comunidade científica forneceu-lhe uma bateria mais potente de 1000 placas, e em 1808 ele demonstrou a ocorrência de um arco voltaico em grande escala. Ele também é creditado com seu nome em inglês (arco elétrico). Ele o chamou de arco porque toma a forma de um arco para cima quando a distância entre os eletrodos se aproxima. Isso se deve às propriedades condutoras do gás quente.
Como surgiu o arco voltaico? O primeiro arco contínuo foi registrado independentemente em 1802 e descrito em 1803 como "um líquido especial com propriedades elétricas" pelo cientista russo Vasily Petrov, que estava experimentando uma bateria de cobre-zinco de 4.200 discos.
Estudo adicional
No final do século XIX, o arco voltaico era amplamenteutilizado para iluminação pública. A tendência dos arcos elétricos de piscar e chiar era um grande problema. Em 1895, Hertha Marx Ayrton escreveu uma série de artigos sobre eletricidade, explicando que o arco voltaico era o resultado do contato do oxigênio com as barras de carbono usadas para criar o arco.
Em 1899, ela foi a primeira mulher a dar seu próprio trabalho perante o Instituto de Engenheiros Elétricos (IEE). Seu relatório foi intitulado "O Mecanismo do Arco Elétrico". Pouco tempo depois, Ayrton foi eleita a primeira mulher membro do Instituto de Engenheiros Eletricistas. A próxima mulher foi admitida no instituto já em 1958. Ayrton pediu para ler um artigo perante a Royal Society, mas não foi autorizado a fazê-lo por causa de seu gênero, e The Mechanism of the Electric Arc foi lido por John Perry em seu lugar em 1901.
Descrição
Um arco elétrico é um tipo de descarga elétrica com a maior densidade de corrente. A corrente máxima extraída pelo arco é limitada apenas pelo ambiente, não pelo próprio arco.
O arco entre dois eletrodos pode ser iniciado por ionização e descarga luminosa quando a corrente através dos eletrodos é aumentada. A tensão de ruptura da folga do eletrodo é uma função combinada da pressão, distância entre os eletrodos e o tipo de gás que envolve os eletrodos. Quando um arco se inicia, sua tensão terminal é muito menor que a de uma descarga incandescente e a corrente é maior. Um arco em gases próximo à pressão atmosférica é caracterizado por luz visível, alta densidade de corrente e alta temperatura. Ela difere de uma descarga incandescente porque as temperaturas efetivas de ambos os elétrons e íons positivos são aproximadamente as mesmas, e em uma descarga incandescente, os íons têm energia térmica muito menor do que os elétrons.
Ao soldar
Um arco estendido pode ser iniciado por dois eletrodos inicialmente em contato e separados durante o experimento. Esta ação pode iniciar um arco sem uma descarga luminosa de alta tensão. É assim que o soldador começa a soldar a junta tocando instantaneamente o eletrodo de soldagem na peça de trabalho.
Outro exemplo é a separação de contatos elétricos em chaves, relés ou disjuntores. Em circuitos de alta energia, a supressão do arco pode ser necessária para evitar danos ao contato.
Arco voltaico: características
A resistência elétrica ao longo de um arco contínuo cria calor que ioniza mais moléculas de gás (onde o grau de ionização é determinado pela temperatura), e de acordo com essa sequência, o gás gradualmente se transforma em um plasma térmico que está em equilíbrio térmico como a temperatura é distribuída de forma relativamente uniforme para todos os átomos, moléculas, íons e elétrons. A energia transferida pelos elétrons se dispersa rapidamente com partículas mais pesadas através de colisões elásticas devido à sua alta mobilidade e grande número.
A corrente no arco é suportada pela emissão termiônica e de campo de elétrons no cátodo. Atualpode ser concentrado em um ponto quente muito pequeno no cátodo - da ordem de um milhão de amperes por centímetro quadrado. Em contraste com a descarga de brilho, a estrutura do arco é dificilmente distinguível, uma vez que a coluna positiva é bastante brilhante e se estende quase até os eletrodos em ambas as extremidades. A queda do cátodo e a queda do ânodo de alguns volts ocorrem dentro de uma fração de milímetro de cada eletrodo. A coluna positiva tem um gradiente de tensão mais baixo e pode estar ausente em arcos muito curtos.
Arco de baixa frequência
Baixa frequência (menos de 100 Hz) O arco CA assemelha-se ao arco CC. Em cada ciclo, o arco é iniciado por uma ruptura e os eletrodos mudam de função quando a corrente muda de direção. À medida que a frequência da corrente aumenta, não há tempo suficiente para a ionização na divergência em cada meio ciclo, e a quebra não é mais necessária para manter o arco - a característica de tensão e corrente torna-se mais ôhmica.
Um lugar entre outros fenômenos físicos
Diferentes formas de arco são propriedades emergentes de correntes não lineares e padrões de campos elétricos. O arco ocorre em um espaço cheio de gás entre dois eletrodos condutores (geralmente tungstênio ou carbono), resultando em temperaturas muito altas capazes de derreter ou vaporizar a maioria dos materiais. Um arco elétrico é uma descarga contínua, enquanto uma descarga de faísca elétrica semelhante é instantânea. Um arco voltaico pode ocorrer em circuitos CC ou em circuitos CA. Neste último caso, ela podeatinge cada meio ciclo da corrente. Um arco elétrico difere de uma descarga incandescente porque a densidade de corrente é bastante alta e a queda de tensão dentro do arco é baixa. No cátodo, a densidade de corrente pode atingir um megaampere por centímetro quadrado.
Potencial Destrutivo
O arco elétrico tem uma relação não linear entre corrente e tensão. Uma vez que o arco foi criado (seja progredindo de uma descarga incandescente ou tocando momentaneamente os eletrodos e depois separando-os), o aumento da corrente resulta em uma tensão mais baixa entre os terminais do arco. Este efeito de resistência negativa requer que alguma forma de impedância positiva (como lastro elétrico) seja colocada no circuito para manter um arco estável. Esta propriedade é o que faz com que os arcos elétricos descontrolados em uma máquina sejam tão destrutivos, pois uma vez que o arco ocorre, ele consumirá cada vez mais corrente da fonte de tensão CC até que o dispositivo seja destruído.
Aplicação prática
Em escala industrial, os arcos elétricos são usados para soldagem, corte a plasma, usinagem por descarga elétrica, como lâmpada de arco em projetores de filmes e na iluminação. Os fornos elétricos a arco são usados para produzir aço e outras substâncias. O carboneto de cálcio é obtido dessa maneira, pois para obter uma reação endotérmica (em temperaturas de 2500 ° C) uma grande quantidade deenergia.
As luzes de arco de carbono foram as primeiras luzes elétricas. Eles foram usados para lâmpadas de rua no século 19 e para dispositivos especializados, como holofotes até a Segunda Guerra Mundial. Hoje arcos elétricos de baixa pressão são usados em muitas áreas. Por exemplo, lâmpadas fluorescentes, mercúrio, sódio e iodetos metálicos são usadas para iluminação, enquanto as lâmpadas de arco de xenônio são usadas para projetores de filmes.
A formação de um arco elétrico intenso, como um arco elétrico de pequena escala, é a base dos detonadores explosivos. Quando os cientistas aprenderam o que é um arco voltaico e como ele pode ser usado, explosivos eficazes reabasteceram a variedade de armas do mundo.
A principal aplicação restante é a aparelhagem de alta tensão para redes de transmissão. Dispositivos modernos também usam hexafluoreto de enxofre de alta pressão.
Conclusão
Apesar da frequência de queima de arco voltaico, é considerado um fenômeno físico muito útil, ainda muito utilizado na indústria, manufatura e artigos decorativos. Ela tem sua própria estética e é frequentemente apresentada em filmes de ficção científica. A derrota do arco voltaico não é fatal.
