Kada govorimo o karakteristikama naponskog luka, vrijedi spomenuti da on ima niži napon od usijanog pražnjenja i da se oslanja na termoionsko zračenje elektrona iz elektroda koje podupiru luk. U zemljama engleskog govornog područja ovaj izraz se smatra arhaičnim i zastarjelim.
Tehnike suzbijanja luka mogu se koristiti za smanjenje trajanja luka ili vjerovatnoće nastanka luka.
Kasnih 1800-ih, naponski luk se naširoko koristio za javnu rasvjetu. Neki električni lukovi niskog pritiska koriste se u mnogim aplikacijama. Na primjer, za rasvjetu se koriste fluorescentne sijalice, živine, natrijumove i metal-halogene sijalice. Ksenonske lučne lampe su korištene za filmske projektore.
Otvaranje voltaičnog luka
Vjeruje se da je ovaj fenomen prvi opisao Sir Humphry Davy u članku iz 1801. objavljenom u časopisu William Nicholson's Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts. Međutim, fenomen koji je opisao Davy nije bio električni luk, već samo iskra. Kasniji istraživačinapisao: „Ovo očigledno nije opis luka, već iskre. Suština prvog je da mora biti kontinuirana i da se njegovi polovi ne smiju dodirivati nakon što je nastao. Iskra koju je stvorio Sir Humphry Davy očigledno nije bila kontinuirana, i iako je ostala naelektrisana neko vrijeme nakon kontakta s atomima ugljika, najvjerovatnije nije bilo veze luka, što je neophodno za njegovu klasifikaciju kao naponski.
Iste godine, Davy je javno demonstrirao efekat pred Kraljevskim društvom propuštajući električnu struju kroz dvije karbonske šipke koje se dodiruju, a zatim ih povlačeći na kratkoj udaljenosti. Demonstracija je pokazala "slab" luk, koji se jedva razlikovao od stalne iskre, između tačaka drvenog uglja. Naučna zajednica mu je obezbijedila snažniju bateriju od 1000 ploča, a 1808. demonstrirao je pojavu naponskog luka u velikim razmjerima. On je također zaslužan za njegovo ime na engleskom (električni luk). Nazvao ga je lukom jer poprima oblik luka prema gore kada se razmak između elektroda približi. To je zbog provodljivih svojstava vrućeg plina.
Kako se pojavio voltaični luk? Prvi neprekidni luk nezavisno je zabeležen 1802. godine i opisao ga je 1803. kao "posebnu tečnost sa električnim svojstvima" ruski naučnik Vasilij Petrov, koji je eksperimentisao sa bakarno-cink baterijom od 4200 diskova.
Dalje proučavanje
Krajem devetnaestog veka, naponski luk je bio široko rasprostranjenkoristi se za javnu rasvjetu. Sklonost električnih luka treperenju i šištanju bila je veliki problem. Godine 1895. Hertha Marx Ayrton napisala je niz radova o elektricitetu, objašnjavajući da je naponski luk rezultat kontakta kisika s ugljeničnim štapovima koji su korišteni za stvaranje luka.
Godine 1899, bila je prva žena koja je dala svoj rad pred Institutom elektroinženjera (IEE). Njen izvještaj nosio je naslov "Mehanizam električnog luka". Ubrzo nakon toga, Ayrton je izabrana za prvu ženu članicu Instituta za elektrotehniku. Sledeća žena primljena je u institut već 1958. godine. Ayrton je podnijela peticiju da pročita rad pred Kraljevskim društvom, ali joj to nije dozvoljeno zbog njenog spola, a Mehanizam električnog luka je umjesto nje pročitao John Perry 1901.
Opis
Električni luk je vrsta električnog pražnjenja sa najvećom gustinom struje. Maksimalna struja povučena kroz luk ograničena je samo okolinom, a ne samim lukom.
Luk između dvije elektrode može se pokrenuti jonizacijom i užarenim pražnjenjem kada se poveća struja kroz elektrode. Probojni napon elektrodnog razmaka je kombinovana funkcija pritiska, udaljenosti između elektroda i vrste gasa koji okružuje elektrode. Kada se luk pokrene, napon na njegovom terminalu je mnogo manji od napona usijanog pražnjenja, a struja je veća. Luk u gasovima blizu atmosferskog pritiska karakteriše vidljiva svetlost,velika gustina struje i visoka temperatura. Razlikuje se od usijanog pražnjenja po tome što su efektivne temperature i elektrona i pozitivnih jona približno iste, a u svjetlećem pražnjenju ioni imaju mnogo nižu toplotnu energiju od elektrona.
Prilikom zavarivanja
Produženi luk može biti pokrenut pomoću dvije elektrode koje su u početku u kontaktu i razdvojene tokom eksperimenta. Ova akcija može pokrenuti luk bez visokonaponskog usijanog pražnjenja. Ovo je način na koji zavarivač počinje zavarivati spoj tako što trenutno dodiruje elektrodu za zavarivanje na radni komad.
Još jedan primjer je razdvajanje električnih kontakata na prekidačima, relejima ili prekidačima. U visokoenergetskim kolima može biti potrebno gašenje luka da bi se spriječilo oštećenje kontakta.
Voltaični luk: karakteristike
Električni otpor duž neprekidnog luka stvara toplotu koja jonizuje više molekula gasa (gde je stepen jonizacije određen temperaturom), a u skladu sa ovim redosledom, gas se postepeno pretvara u termalnu plazmu koja je u toplotnoj ravnoteži jer je temperatura relativno ravnomjerno raspoređena za sve atome, molekule, jone i elektrone. Energija koju prenose elektroni brzo se raspršuje sa težim česticama kroz elastične sudare zbog njihove velike pokretljivosti i velikog broja.
Struja u luku je podržana termoionskom i poljskom emisijom elektrona na katodi. Currentmogu biti koncentrisane na vrlo maloj vrućoj tački na katodi - oko milion ampera po kvadratnom centimetru. Za razliku od usijanog pražnjenja, struktura luka se teško može razlikovati, jer je pozitivni stupac prilično svijetao i proteže se gotovo do elektroda na oba kraja. Katodni i anodni pad od nekoliko volti javljaju se unutar djelića milimetra od svake elektrode. Pozitivni stub ima niži gradijent napona i može biti odsutan u vrlo kratkim lukovima.
Luk niske frekvencije
Niska frekvencija (manje od 100 Hz) AC luk podseća na DC luk. U svakom ciklusu, luk se pokreće kvarom, a elektrode mijenjaju uloge kada struja promijeni smjer. Kako se strujna frekvencija povećava, nema dovoljno vremena za jonizaciju na divergenciji u svakom poluciklusu, a raspad više nije potreban da bi se održao luk - napon i strujna karakteristika postaju omskija.
Mjesto među ostalim fizičkim fenomenima
Različiti oblici luka su nova svojstva nelinearne struje i obrazaca električnog polja. Luk se javlja u prostoru ispunjenom plinom između dvije vodljive elektrode (često volframove ili ugljične), što rezultira vrlo visokim temperaturama koje mogu otopiti ili ispariti većinu materijala. Električni luk je kontinuirano pražnjenje, dok je slično električno pražnjenje iskre trenutno. Naponski luk se može pojaviti u DC kolima ili u AC krugovima. U potonjem slučaju, ona možeudari svaki poluperiod struje. Električni luk se razlikuje od užarenog pražnjenja po tome što je gustina struje prilično visoka i pad napona unutar luka je nizak. Na katodi, gustina struje može doseći jedan megaamper po kvadratnom centimetru.
Destruktivni potencijal
Električni luk ima nelinearan odnos između struje i napona. Jednom kada je luk stvoren (bilo napredovanjem od usijanog pražnjenja ili trenutnim dodirivanjem elektroda i njihovim razdvajanjem), povećanje struje rezultira nižim naponom između terminala luka. Ovaj efekat negativnog otpora zahtijeva da se neki oblik pozitivne impedanse (poput električnog balasta) postavi u kolo kako bi se održao stabilan luk. Ovo svojstvo je ono što uzrokuje da nekontrolirani električni lukovi u mašini budu tako destruktivni, jer kada se luk pojavi, on će crpiti sve više struje iz izvora istosmjernog napona dok se uređaj ne uništi.
Praktična primjena
U industrijskoj skali, električni lukovi se koriste za zavarivanje, rezanje plazmom, mašinsku obradu sa električnim pražnjenjem, kao lučna lampa u filmskim projektorima i u rasvjeti. Električne lučne peći koriste se za proizvodnju čelika i drugih tvari. Kalcijum karbid se dobija na ovaj način, jer se za postizanje endotermne reakcije (na temperaturama od 2500°C) koristi velika količinaenergija.
Ugljična lučna svjetla bila su prva električna svjetla. Korišćene su za ulične lampe u 19. veku i za specijalizovane uređaje kao što su reflektori do Drugog svetskog rata. Danas se električni lukovi niskog pritiska koriste u mnogim područjima. Na primjer, fluorescentne, živine, natrijumove i metal-halogene sijalice koriste se za rasvjetu, dok se ksenonske lučne lampe koriste za filmske projektore.
Formiranje intenzivnog električnog luka, poput lučnog bljeska male razmjere, osnova je eksplozivnih detonatora. Kada su naučnici naučili šta je voltaični luk i kako se može koristiti, efikasni eksplozivi su dopunili raznovrsnost svetskog oružja.
Glavna preostala primjena su visokonaponski razvodni uređaji za prijenosne mreže. Moderni uređaji također koriste sumpor heksafluorid visokog pritiska.
Zaključak
Uprkos učestalosti izgaranja naponskog luka, smatra se vrlo korisnim fizičkim fenomenom, koji se još uvijek široko koristi u industriji, proizvodnji i ukrasnim predmetima. Ona ima svoju estetiku i često se pojavljuje u naučnofantastičnim filmovima. Poraz naponskog luka nije fatalan.
