Kur flasim për karakteristikat e një harku voltaik, vlen të përmendet se ai ka një tension më të ulët se shkarkimi i shkëlqimit dhe mbështetet në rrezatimin termionik të elektroneve nga elektrodat që mbështesin harkun. Në vendet anglishtfolëse, ky term konsiderohet arkaik dhe i vjetëruar.
Teknikat e shtypjes së harkut mund të përdoren për të reduktuar kohëzgjatjen e harkut ose mundësinë e harkut.
Në fund të viteve 1800, harku voltaik u përdor gjerësisht për ndriçimin publik. Disa harqe elektrike me presion të ulët përdoren në shumë aplikacione. Për shembull, për ndriçim përdoren llambat fluoreshente, llambat me merkur, natrium dhe halide metalike. Llambat me hark ksenon janë përdorur për projektorë filmash.
Hapja e harkut voltaik
Ky fenomen besohet se është përshkruar për herë të parë nga Sir Humphry Davy në një artikull të vitit 1801 të botuar në Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts të William Nicholson. Sidoqoftë, fenomeni i përshkruar nga Davy nuk ishte një hark elektrik, por vetëm një shkëndijë. Eksploruesit e mëvonshëmshkroi: “Ky është padyshim një përshkrim jo i një harku, por i një shkëndije. Thelbi i së parës është se ajo duhet të jetë e vazhdueshme dhe polet e saj nuk duhet të preken pasi të ketë lindur. Shkëndija e krijuar nga Sir Humphry Davy nuk ishte qartësisht e vazhdueshme dhe megjithëse mbeti e ngarkuar për ca kohë pas kontaktit me atomet e karbonit, me shumë mundësi nuk kishte asnjë lidhje të harkut, i cili është i nevojshëm për klasifikimin e tij si voltaik.
Në të njëjtin vit, Davy demonstroi publikisht efektin përpara Shoqërisë Mbretërore duke kaluar një rrymë elektrike përmes dy shufrave prekëse të karbonit dhe më pas duke i tërhequr ato në një distancë të shkurtër. Demonstrimi tregoi një hark "të dobët", me vështirësi të dallueshme nga një shkëndijë e qëndrueshme, midis pikave të qymyrit. Komuniteti shkencor i dha atij një bateri më të fuqishme prej 1000 pllakash, dhe në 1808 ai demonstroi shfaqjen e një harku voltaik në një shkallë të gjerë. Atij i njihet edhe emri i saj në anglisht (harku elektrik). Ai e quajti atë një hark sepse merr formën e një harku lart kur distanca midis elektrodave bëhet e ngushtë. Kjo është për shkak të vetive përcjellëse të gazit të nxehtë.
Si u shfaq harku voltaik? Harku i parë i vazhdueshëm u regjistrua në mënyrë të pavarur në 1802 dhe u përshkrua në 1803 si "një lëng i veçantë me veti elektrike" nga shkencëtari rus Vasily Petrov, i cili po eksperimentonte me një bateri bakri-zinku me 4200 disqe.
Studim i mëtejshëm
Në fund të shekullit të nëntëmbëdhjetë, harku voltaik ishte gjerësishtpërdoret për ndriçimin publik. Tendenca e harqeve elektrike për të dridhur dhe fërshëllimë ishte një problem i madh. Në 1895, Hertha Marks Ayrton shkroi një seri letrash mbi energjinë elektrike, duke shpjeguar se harku voltaik ishte rezultat i kontaktit të oksigjenit me shufrat e karbonit të përdorura për të krijuar harkun.
Në 1899, ajo ishte gruaja e parë që dha letrën e saj përpara Institutit të Inxhinierëve Elektrikë (IEE). Raporti i saj titullohej “Mekanizmi i Harkut Elektrik”. Menjëherë pas kësaj, Ayrton u zgjodh si anëtarja e parë femër e Institutit të Inxhinierëve Elektrikë. Gruaja tjetër u pranua në institut tashmë në 1958. Ayrton kërkoi të lexonte një punim përpara Shoqërisë Mbretërore, por nuk iu lejua ta bënte këtë për shkak të gjinisë së saj, dhe Mekanizmi i Harkut Elektrik u lexua nga John Perry në vend të saj në 1901.
Përshkrim
Një hark elektrik është një lloj shkarkimi elektrik me densitetin më të lartë të rrymës. Rryma maksimale e tërhequr nëpër hark kufizohet vetëm nga mjedisi, jo nga vetë harku.
Harku midis dy elektrodave mund të inicohet nga jonizimi dhe shkarkimi i shkëlqimit kur rritet rryma nëpër elektroda. Tensioni i ndarjes së hendekut të elektrodës është një funksion i kombinuar i presionit, distancës midis elektrodave dhe llojit të gazit që rrethon elektrodat. Kur fillon një hark, voltazhi i tij terminal është shumë më i vogël se ai i një shkarkimi shkëlqimi dhe rryma është më e lartë. Një hark në gazra pranë presionit atmosferik karakterizohet nga drita e dukshme,dendësia e lartë e rrymës dhe temperatura e lartë. Ai ndryshon nga një shkarkesë shkëlqimi në atë që temperaturat efektive të elektroneve dhe joneve pozitive janë afërsisht të njëjta, dhe në një shkarkim shkëlqyes, jonet kanë energji termike shumë më të ulët se elektronet.
Gjatë saldimit
Një hark i zgjatur mund të inicohet nga dy elektroda fillimisht në kontakt dhe të ndahen gjatë eksperimentit. Ky veprim mund të inicojë një hark pa një shkarkesë shkëlqimi të tensionit të lartë. Kjo është mënyra se si saldatori fillon saldimin e bashkimit duke prekur menjëherë elektrodën e saldimit tek pjesa e punës.
Një shembull tjetër është ndarja e kontakteve elektrike në çelsat, reletë ose ndërprerësit. Në qarqet me energji të lartë mund të kërkohet shtypja e harkut për të parandaluar dëmtimin e kontaktit.
Harku voltaik: karakteristikat
Rezistenca elektrike përgjatë një harku të vazhdueshëm krijon nxehtësi që jonizon më shumë molekula gazi (ku shkalla e jonizimit përcaktohet nga temperatura), dhe në përputhje me këtë sekuencë, gazi gradualisht shndërrohet në një plazmë termike që është në ekuilibër termik pasi temperatura shpërndahet relativisht në mënyrë uniforme për të gjithë atomet, molekulat, jonet dhe elektronet. Energjia e transferuar nga elektronet shpërndahet shpejt me grimca më të rënda përmes përplasjeve elastike për shkak të lëvizshmërisë së tyre të lartë dhe numrit të madh.
Rryma në hark mbështetet nga emetimi termionik dhe në terren i elektroneve në katodë. Aktualemund të përqendrohet në një pikë shumë të vogël të nxehtë në katodë - në rendin e një milion amper për centimetër katror. Ndryshe nga shkarkimi i shkëlqimit, struktura e harkut vështirë se dallohet, pasi kolona pozitive është mjaft e ndritshme dhe shtrihet pothuajse në elektroda në të dy skajet. Rënia e katodës dhe rënia e anodës prej disa volt ndodhin brenda një fraksioni të një milimetri të secilës elektrodë. Kolona pozitive ka një gradient tensioni më të ulët dhe mund të mungojë në harqe shumë të shkurtra.
Hark me frekuencë të ulët
Harku AC me frekuencë të ulët (më pak se 100 Hz) i ngjan harkut DC. Në çdo cikël, harku fillon nga një prishje dhe elektrodat ndryshojnë rolet kur rryma ndryshon drejtimin. Ndërsa frekuenca e rrymës rritet, nuk ka kohë të mjaftueshme për jonizimin në divergjencë në çdo gjysmë cikël dhe prishja nuk është më e nevojshme për të ruajtur harkun - karakteristikat e tensionit dhe rrymës bëhen më omike.
Një vend mes fenomeneve të tjera fizike
Forma të ndryshme të harkut janë vetitë e shfaqura të modeleve të rrymës jolineare dhe fushave elektrike. Harku ndodh në një hapësirë të mbushur me gaz midis dy elektrodave përcjellëse (shpesh tungsteni ose karboni), duke rezultuar në temperatura shumë të larta të afta për të shkrirë ose avulluar shumicën e materialeve. Një hark elektrik është një shkarkim i vazhdueshëm, ndërsa një shkarkim i ngjashëm i shkëndijës elektrike është i menjëhershëm. Një hark voltaik mund të ndodhë ose në qarqet DC ose në qarqet AC. Në rastin e fundit, ajo mundgodas çdo gjysmë cikël të rrymës. Një hark elektrik ndryshon nga shkarkimi i shkëlqimit në atë që densiteti i rrymës është mjaft i lartë dhe rënia e tensionit brenda harkut është e ulët. Në katodë, dendësia e rrymës mund të arrijë një megaamper për centimetër katror.
Potencial shkatërrues
Harku elektrik ka një lidhje jolineare midis rrymës dhe tensionit. Pasi të jetë krijuar harku (qoftë duke përparuar nga një shkarkesë shkëlqimi ose duke prekur momentalisht elektrodat dhe më pas duke i ndarë ato), rritja e rrymës rezulton në një tension më të ulët midis terminaleve të harkut. Ky efekt negativ i rezistencës kërkon që një formë e rezistencës pozitive (si çakëlli elektrik) të vendoset në qark për të mbajtur një hark të qëndrueshëm. Kjo veti është ajo që bën që harqet elektrikë të pakontrolluar në një makinë të jenë kaq shkatërruese, pasi sapo të ndodhë harku ai do të tërheqë gjithnjë e më shumë rrymë nga burimi i tensionit DC derisa pajisja të shkatërrohet.
Zbatim praktik
Në një shkallë industriale, harqet elektrike përdoren për saldim, prerje plazma, përpunim të shkarkimit elektrik, si një llambë harku në projektorë filmash dhe në ndriçim. Furrat me hark elektrik përdoren për prodhimin e çelikut dhe substancave të tjera. Karbidi i kalciumit përftohet në këtë mënyrë, pasi për të arritur një reaksion endotermik (në temperatura 2500 ° C) një sasi e madhe eenergji.
Dritat e harkut të karbonit ishin dritat e para elektrike. Ato u përdorën për llambat e rrugëve në shekullin e 19-të dhe për pajisje të specializuara si dritat e dritës deri në Luftën e Dytë Botërore. Sot harqet elektrike me presion të ulët përdoren në shumë zona. Për shembull, llambat fluoreshente, merkuri, natriumi dhe halidi i metalit përdoren për ndriçim, ndërsa llambat me hark ksenon përdoren për projektorë filmash.
Formimi i një harku elektrik intensiv, si një ndezje harku në shkallë të vogël, është baza e detonatorëve shpërthyes. Kur shkencëtarët mësuan se çfarë është një hark voltaik dhe si mund të përdoret, eksplozivët efektivë kanë rimbushur shumëllojshmërinë e armëve botërore.
Aplikacioni kryesor i mbetur është komutuesi i tensionit të lartë për rrjetet e transmetimit. Pajisjet moderne përdorin gjithashtu heksafluorid squfuri me presion të lartë.
Përfundim
Pavarësisht frekuencës së djegies së harkut voltaik, konsiderohet si një fenomen fizik shumë i dobishëm, ende i përdorur gjerësisht në industri, prodhim dhe sende dekorative. Ajo ka estetikën e saj dhe shpesh shfaqet në filma fantastiko-shkencor. Humbja e harkut voltaik nuk është fatale.
