Fisika Terapan jawaban # 2
Apakah Anda memerlukan tegangan atau arus tinggi untuk menghasilkan percikan api?
apa itu percikan? :
Cahaya yang dipancarkan oleh percikan tidak berasal dari arus elektron itu sendiri, tetapi dari media material yang berfluoresensi sebagai respons terhadap tabrakan dari elektron. Ketika elektron bertabrakan dengan molekul udara di celah, mereka menggairahkan elektron orbitalnya ke tingkat energi yang lebih tinggi. Ketika elektron tereksitasi jatuh kembali ke tingkat energi aslinya, mereka memancarkan energi sebagai cahaya. Tidak mungkin percikan terlihat terbentuk dalam ruang hampa. Tanpa campur tangan yang mampu melakukan transisi elektromagnetik, percikan tidak akan terlihat (lihat busur vakum)
Energi percikan bisa sangat kecil karena kepadatannya sangat tinggi dari area permukaan yang sangat kecil. Eksponensial medan muatan naik dengan meningkatnya gaya ke arah yang dilaluinya. Bertabrakan dengan muatan stasioner serupa tidak pernah menyentuh tetapi dengan cepat ditolak untuk membelokkan jalurnya dan sering bercabang di dua jalur yang berbeda dan terus menuju sasaran polaritas yang berlawanan.
Karena kecepatan muatan bergerak sangat lambat dalam konduktor (lihat kecepatan drift) luas permukaannya bisa sekecil molekul bermuatan yang mempercepat polaritas muatan berlawanan dalam mikro hingga milidetik. Begitu mencapai target konduktor, mekanisme di atas seperti yang didefinisikan terjadi yang terjadi dalam pico hingga nanodetik dan berlangsung hingga energi yang tersimpan dihamburkan di udara.
Percobaan pada waktu Natal
——
Kami biasa mendapatkan hiasan pohon Natal 🌲 yang merupakan plastik metalized seperti topi plastik tetapi berbaring seperti tali pendek 40cm. Itu bisa mengarah secara horizontal ke TV mulai dari jarak 1 m dan akan meregang ketika lebih dekat kemudian zap ketika BDV udara ~ 1kV / mm dari perada melebihi sekitar 2 ~ 4 cm. Itu mengonfirmasi perkiraan voltase biaya saya. Namun percikan nyaris tidak bisa dirasakan dengan mungkin Amp mengalir dalam nanodetik.
Ini adalah udara yang meledak dan bukan konduktor. Tetapi kesenjangan arus sangat kecil sehingga elektroda las dan target meleleh dari gas panas plasma di kedua ujungnya.
Medium plasma panas menjadi konduktor termal dan listrik super panas dan media pembawa untuk transfer gas elektroda dan partikel untuk mengalir dan mengelas logam target.
———-
ASSERTION
——
Percikan akan terlihat dengan energi yang sangat rendah tetapi harus terjadi di udara dari dengan Arus impuls dari muatan yang disimpan dalam tutup.
dt = ESR ∗ C E= 1 / 2 CV2
mudah terlihat dari korsleting 1uF 3.3V tantalum Cap atau 3300 nanocoulombs atau 5 microjoule.
Percikan yang sama dapat dibuat dari 5 microjoule dari pemutusan energi induktif yang disimpan dalam pemutusan spontan dengan voltase tinggi jika pemutusan dapat jauh lebih cepat daripada kecepatan melayang dalam konduktor.
—-
Salah satu sifat dari semua isolator tegangan tinggi seperti udara adalah bahwa mereka adalah dielektrik, yang merupakan konstanta proporsional dari kapasitansi muatan. Kami menormalkan permeabilitas semua dielektrik lain seperti Air yang juga sangat dekat dengan 1,0 ruang hampa udara.
Ya, ruang hampa memiliki impedansi EM yang juga rusak pada tingkat yang jauh lebih tinggi di ruang angkasa kecuali ada aliran ion dari angin Matahari atau lebih buruk, Efek Carrington ”
Juga semua dielektrik adalah isolator listrik dan sebagian besar juga isolator termal kecuali cairan seperti minyak.
Semua insulator memiliki tegangan tembus meskipun udara cenderung menurunkan ambang penghalang dalam kV / mm menjadi rusak karena kontaminan bermuatan seluler yang bertabrakan dan menciptakan kondisi longsoran atau “Pembuangan Townsend”, dapat dibuat lebih buruk atau lebih rendah dengan parsial vakum sampai partikel sangat sedikit sehingga tidak ada yang bertabrakan, longsoran dan arus mengalir. Faraday mengkarakteristikkan busur ini dengan banyak eksperimen, sehingga mengilhami Paschen untuk mengembangkan persamaan tekanan udara vs ambang batas kerusakan dan menginspirasi banyak lainnya termasuk Maxwell yang membaca semua eksperimen Faraday dan memberi mereka lebih banyak perhatian daripada ahli matematika hebat Jerman seperti Gauss yang bersikeras pada efek dari jarak jauh, namun memiliki sifat matematika yang hebat, ketika ada efek lebih jelas terjadi pada jarak dekat.
Kita tahu pada dasarnya ada 3 sifat muatan, konduktor, isolator, dan semikonduktor. Mengherankan! Udara menjadi semikonduktor begitu Inception Voltage tercapai untuk menyebabkan percikan tidak peduli seberapa kecil. Kami menyebutnya dalam industri utilitas listrik Partial Discharge Inception Voltage atau PDIV yang hanya merupakan tes pabrik opsional sebelum tegangan rusak.
Tunggu sebentar jika itu adalah semikonduktor, bisakah kita membuat TRANSISTOR dari itu karena efek longsoran pada gas adalah resistensi negatif?
Tidak, tetapi Anda dapat membuat tabung vakum dan menggunakan gas lembam untuk menghindari oksidasi maka Anda memiliki tabung gas "semikonduktor". Namun, lengkung tidak baik untuk tabung vakum audio sehingga Anda menggunakan hambatan negatif atau penguatan gm yang dibuat lebih peka dengan panas. dan kemudian HV bias jauh di bawah efek korona biru yang terjadi dari usia tua (karena elektroda ke kontaminasi gas) korona terlihat cahaya tetapi ketika interior ke komponen sebelum kerusakan tegangan (BDV) kita menyebutnya Partial Discharge (PD) ps Ada sekitar 10 ribu tesis PhD tentang Microsoft Academics atau Google Cendekia tentang topik ini saja.
Selain perubahan ambang agak linier dengan celah kecuali pada ekstremitas seperti 50 um atau 50 km maka itu kurang linier.
Tetapi untuk tujuan praktis, ingat 1kV / mm atau 10kV / cm untuk konduktor tajam dan sekitar 3x jumlah ini untuk permukaan rata yang halus.
Untuk berperilaku seperti TRIAC dengan ambang batas 1.3V, celah harus mulai dari nol seperti mencabut colokan motor dan busur panjang dapat ditarik sampai ambang bawah menahan arus atau gaya lain di udara memutuskan sambungan .
TRIACS juga memiliki ambang batas holding current untuk DC meskipun kami selalu mempertimbangkan “zero crossing” arus Ac berikutnya sebagai waktu mati.
KONTAK —-
Untuk alasan ini kontak DC dalam relai harus diturunkan untuk arus dengan beban induktif karena HASIL arus busur putus dapat mencapai lebih dari 6000'C di udara karena kandungan oksigen dan hidrogen.
Akhirnya -
Jawaban sederhana:
Ya DAN Tidak untuk Tegangan dan arus. Anda dapat membuat percikan dengan tegangan tinggi atau arus ATAU tegangan atau arus rendah,
Percobaan
Bahkan dari sel baterai AA atau lebih baik sel LiPo dengan "transformator MOT" akan menarik busur besar ketika terputus namun masih tegangan rendah melintasi busur, namun tegangan sangat tinggi sebelum busur dimulai karena kontak kering pecah sangat cepat ( dt in ns) dan kita tahu V = LdI / dt tetapi ada bouncing kontak **
Anda tidak dapat memulai busur tetapi Anda dapat meregangkan busur besar dengan yang di atas setelah mengisi arus selama beberapa detik pada primer
Jika sudah melakukan, membuat celah isolator dalam beberapa dielektrik seperti udara atau SF6 atau oli membutuhkan waktu bagi elektron untuk bersemangat dan melompati celah (mikrodetik) tetapi kemudian mereka berubah menjadi mode semikonduktor dan melengkung dalam pikodetik ke mikrodetik waktu kenaikan tergantung pada jika kita berbicara tentang kekosongan atau kontaminan dalam tutup plastik Y atau kabel daya XLPE HVAC atau partikel debu dalam minyak atau udara lembab pada bushing atau petir HV kaca. Kemudian seperti Triacs dan Tunnel Diode dan pelindung tabung gas, mereka memiliki resistansi negatif yang rendah yang tergantung pada kerapatan arus. Yang juga membuatnya berguna untuk osilator pembangkit tegangan tinggi seperti yang ditemukan Tesla dan Transmitter seperti yang ditemukan Marconi dan Faraday melakukan semua eksperimen ini berabad-abad yang lalu.