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電気火花の不思議な力：なぜ一瞬であらゆるものに火をつけることができるのか？
火花とは、十分に強い電界が、空気やその他のガスなどの通常は絶縁性の媒体内に帯電した導電経路を生成したときに発生する突然の放電です。この現象は、マイケル・ファラデーなど多くの科学者に「通常の電流放電に伴う美しい光の閃光」として賞賛されました。
火花が非伝導状態から伝導状態へ急速に移行する際に、短い光の閃光とパチパチという音が伴います。
火花は、印加された電界が媒体の絶縁破壊強度を超えたときに発生します。空気の場合、その絶縁破壊強度は海面で約 30 kV/cm です。実験によって、湿度、気圧、電極の形状（針状、平ら、半球状など）、電極間の距離、さらには波形の種類（例えば、正弦波または余弦矩形波。
電流が流れる初期段階では、ギャップ内の自由電子（宇宙線または背景放射線から）が電界によって加速され、タウンゼント雪崩が発生します。これらの電子が空気分子と衝突すると、さらに多くのイオンと新たに生成された電子が生成され、それらも加速されます。最終的に、熱エネルギーは大量のイオン源となり、空隙内の領域で誘電破壊を引き起こします。
ボイドが破壊されると、電流の流れの制限は利用可能な電荷（静電放電など）または外部電源のインピーダンスによって決まります。電源が電流を供給し続けると、火花はアークと呼ばれる連続放電現象に変わります。電気火花は絶縁性の液体や固体でも発生しますが、その破壊メカニズムは気体中の火花とは異なります。
EDM の歴史
1671年、ライプニッツは火花が電気と関係があることを発見しました。 1708年、サミュエル・ウォールはゴムを布にこすりつけて火花を起こす実験を行いました。 1752年、トーマス・フランソワ・ダリバールは、ベンジャミン・フランクリンが提唱した実験に基づいて、フランスの退役軍人にマルリー村のライデン瓶で雷を集めるよう手配し、雷と電気が同じ現象であることを証明しました。フランクリンの有名な凧の実験は、雷雨の際に雲から火花をうまく取り出すことに成功した例です。
EDM の用途
発火源
ガソリン内燃エンジンのスパークプラグでは、燃料と空気の混合気に点火するために電気火花が使用されます。スパークプラグ内の電荷は絶縁された中心電極からアース端子に放電されます。スパークの電圧は点火コイルまたはマグネトジェネレータによって提供され、絶縁ワイヤを介してスパークプラグに接続されます。炎点火装置は、従来の飛翔炎に代えて、電気火花を使用して特定のストーブやガスバーナーで燃焼を開始します。
無線通信
スパークギャップ送信機は、電気スパークギャップを使用して、無線通信の送信機として使用できる無線周波数電磁放射を生成します。スパークギャップ送信機は、1887 年から 1916 年までの最初の 30 年間は広く使用されていましたが、その後真空管システムに取って代わられ、1940 年以前には通信には使用されなくなりました。スパークギャップ送信機の普及により、「Spark」は船舶無線通信士のニックネームになりました。
金属加工
電気火花はさまざまな金属加工技術にも使用されます。放電加工 (EDM) はスパーク加工とも呼ばれ、スパーク放電を利用してワークピースから材料を除去します。この技術は主に、従来の技術では加工が難しい硬質金属に使用されます。スパークプラズマ焼結 (SPS) は、グラファイトダイ内の導電性粉末にパルス DC 電流を流す焼結技術です。 SPS は従来の熱間等方圧プレスよりも高速です。
化学分析
電気火花によって生成される光は、スパーク発光分光法と呼ばれる分光技術で使用できます。高エネルギーパルスレーザーは電気火花を生成するためにも使用できます。レーザー誘起ブレークダウン分光法 (LIBS) は、高エネルギーパルスレーザーを使用してサンプル内の原子を励起する原子発光分光法です。この技術はレーザースパーク分光法 (LSS) とも呼ばれます。電気火花は質量分析におけるイオン生成にも使用されます。
電気火花の危険性電気火花は人、動物、さらには静止した物体に対しても危険です。電気火花は可燃性物質、液体、ガス、蒸気に引火する可能性があります。照明やその他の回路をオンにしたときに発生する偶発的な静電気放電でも、ガソリン、アセトン、プロパン、製粉工場の粉末などの可燃性蒸気から火花が出て引火する可能性があります。
人が高電圧の静電気を帯びていたり、高電圧電源の近くにいると、導体と人体の間に火花が飛び、膨大なエネルギーが放出され、重度の火傷、心臓や内臓の損傷、さらにはアークフラッシュの発生。スタンガンから発せられる火花のような比較的低エネルギーの火花でも、神経系の電気経路に過負荷をかけ、不随意の筋肉収縮を引き起こしたり、心臓のリズムを乱したりする可能性がある。火花は多くの場合、高電圧場が存在することを示します。電圧が高いほど、火花が移動する距離も長くなります。
したがって、電気火花は魅力的な物理現象であるだけでなく、安全性、技術、応用についての深い思考を刺激します。これらの現象の背後には、私たちが探求するのを待っている未解決の謎がまだあるのでしょうか?
