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Il misterioso potere delle scintille elettriche: perché possono incendiare qualsiasi cosa in un istante?
Una scintilla è una scarica elettrica improvvisa che si verifica quando un campo elettrico sufficientemente forte crea un percorso conduttivo carico in un mezzo normalmente isolante come l'aria o altri gas. scintilla. Questo fenomeno portò molti scienziati, come Michael Faraday, a elogiarlo come "un meraviglioso lampo di luce che accompagna la normale scarica di corrente elettrica".
La rapida transizione della scintilla da uno stato non conduttivo a uno stato conduttivo è accompagnata da un breve lampo di luce e da uno scoppiettio netto.
Le scintille si verificano quando il campo elettrico applicato supera la resistenza dielettrica del mezzo. Per l'aria, la sua resistenza alla rottura è di circa 30 kV/cm al livello del mare. Diversi esperimenti mostreranno variazioni in questo numero, a seconda dell'umidità, della pressione atmosferica, della forma degli elettrodi (ad esempio a forma di ago e piatti, emisferici, ecc.) e della distanza tra loro, e persino del tipo di forma d'onda, come un onda sinusoidale o onda rettangolare coseno.
Nella fase iniziale del flusso di corrente, gli elettroni liberi nello spazio (provenienti dai raggi cosmici o dalla radiazione di fondo) vengono accelerati dal campo elettrico, provocando una valanga di Townsend. Quando questi elettroni entrano in collisione con le molecole d'aria, creano altri ioni e nuovi elettroni, anch'essi accelerati. Alla fine, l'energia termica fornisce una grande fonte di ioni, causando la rottura dielettrica nella regione all'interno del vuoto.
Una volta che il vuoto si rompe, il limite al flusso di corrente è determinato dalla carica disponibile (ad esempio, scarica elettrostatica) o dall'impedenza della fonte di alimentazione esterna. Se la fonte di energia continua a fornire corrente, la scintilla si trasformerà in un fenomeno di scarica continua chiamato arco. Le scintille elettriche possono verificarsi anche nei liquidi o nei solidi isolanti, ma il loro meccanismo di rottura è diverso da quello delle scintille nei gas.
Storia dell'EDM
Nel 1671, Leibniz scoprì che le scintille erano collegate all'elettricità. Nel 1708, Samuel Wall condusse un esperimento per produrre scintille strofinando la gomma contro un tessuto. Nel 1752, Thomas François Dallibard fece in modo che un veterano francese raccogliesse i fulmini in una bottiglia di Leida nel villaggio di Marly, basandosi su un esperimento proposto da Benjamin Franklin, che dimostrava che i fulmini e l'elettricità sono lo stesso fenomeno. Il famoso esperimento dell'aquilone di Franklin fu un esempio di come riuscì ad estrarre scintille dalle nuvole durante un temporale.
Applicazioni dell'EDM
Fonte di accensione
Una scintilla elettrica viene utilizzata nella candela di un motore a combustione interna a benzina per accendere la miscela di carburante e aria. La carica nella candela viene scaricata dall'elettrodo centrale isolato al terminale di terra. La tensione per la scintilla è fornita da una bobina di accensione o da un generatore magnetico ed è collegata alla candela tramite fili isolati. Gli accenditori a fiamma utilizzano una scintilla elettrica per avviare la combustione su alcune stufe e bruciatori a gas, sostituendo la tradizionale fiamma volante.
Comunicazione senza fili
I trasmettitori a scintilla sfruttano una scintilla elettrica per generare radiazioni elettromagnetiche a radiofrequenza che possono essere utilizzate come trasmettitore per le comunicazioni wireless. I trasmettitori a scintilla furono ampiamente utilizzati per i primi trent'anni, dal 1887 al 1916, ma furono poi sostituiti dai sistemi a valvole termoioniche e non furono più utilizzati per le comunicazioni prima del 1940. L'uso diffuso di trasmettitori a scintilla fece sì che "Spark" diventasse il soprannome degli operatori radio delle navi.
Lavorazione dei metalli
La scintilla elettrica viene utilizzata anche in diverse tecniche di lavorazione dei metalli. La lavorazione a scarica elettrica (EDM), a volte chiamata lavorazione a scintilla, utilizza scariche elettriche per rimuovere materiale da un pezzo in lavorazione. Questa tecnologia viene utilizzata principalmente per metalli duri, difficili da lavorare con le tecniche tradizionali. La sinterizzazione al plasma a scintilla (SPS) è una tecnica di sinterizzazione che prevede il passaggio di una corrente continua pulsata attraverso una polvere conduttiva in una matrice di grafite. La pressatura isostatica a caldo è più rapida della tradizionale pressatura isostatica a caldo.
Analisi chimica
La luce prodotta da una scintilla elettrica può essere utilizzata in una tecnica spettroscopica chiamata spettroscopia a emissione di scintille. I laser pulsati ad alta energia possono essere utilizzati anche per produrre scintille elettriche. La spettroscopia di rottura indotta dal laser (LIBS) è una tecnica di spettroscopia a emissione atomica che utilizza laser pulsati ad alta energia per eccitare gli atomi in un campione. Questa tecnica è nota anche come spettroscopia a scintilla laser (LSS). Le scintille elettriche vengono utilizzate anche per creare ioni nella spettrometria di massa.
Pericoli delle scintille elettricheLe scintille elettriche sono pericolose per le persone, gli animali e perfino per gli oggetti statici. Le scintille elettriche possono incendiare materiali combustibili, liquidi, gas e vapori. Anche le scariche elettrostatiche accidentali, come quelle generate dall'accensione delle luci o di altri circuiti, possono innescare scintille provenienti da vapori infiammabili come benzina, acetone, propano o polveri in un mulino per farina.
Se una persona trasporta elettricità statica ad alto voltaggio o si trova vicino a una fonte di alimentazione ad alto voltaggio, delle scintille salteranno tra il conduttore e il suo corpo, liberando un'enorme energia, che può causare gravi ustioni, danni al cuore e agli organi interni e persino causare Generazione di arco elettrico. Anche scintille relativamente a bassa energia, come quelle prodotte da una pistola elettrica, possono sovraccaricare i percorsi elettrici del sistema nervoso, provocando contrazioni muscolari involontarie o interrompendo il ritmo cardiaco.Le scintille spesso indicano la presenza di un campo ad alta tensione: maggiore è la tensione, maggiore è la distanza che la scintilla può percorrere.
Pertanto, la scintilla elettrica non è solo un affascinante fenomeno fisico, ma innesca anche profonde riflessioni sulla sicurezza, sulla tecnologia e sulle applicazioni. Dietro questi fenomeni ci sono altri misteri irrisolti che aspettano di essere esplorati?
