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전기 스파크의 신비한 힘: 왜 모든 것을 순식간에 불태울 수 있을까요?
스파크는 충분히 강한 전기장이 공기 또는 다른 가스와 같은 정상적으로 절연된 매질 내에서 대전된 전도 경로를 생성할 때 발생하는 갑작스러운 전기 방전입니다. 스파크. 이 현상은 마이클 패러데이를 비롯한 많은 과학자들이 "일반적인 전류 방전에 수반되는 아름다운 빛의 섬광"이라고 칭찬하게 만들었습니다.
스파크가 비전도 상태에서 전도 상태로 빠르게 전환되는 과정에서 잠깐 빛이 번쩍이고 딱딱 터지는 소리가 납니다.
스파크는 인가된 전기장이 매체의 절연 파괴 강도를 초과할 때 발생합니다. 공기의 경우 파괴 강도는 해수면에서 약 30kV/cm입니다. 다양한 실험을 통해 습도, 대기압, 전극 모양(예: 바늘 모양, 평평한 모양, 반구형 등) 및 전극 간 거리, 심지어 파형 유형(예: )에 따라 이 숫자에 차이가 있음을 알 수 있습니다. 사인파 또는 코사인 직사각형파.
전류 흐름의 초기 단계에서는 틈새에 있는 자유 전자(우주선이나 배경 복사선에서 유래)가 전기장에 의해 가속되어 타운젠드 눈사태가 발생합니다. 이런 전자들이 공기 분자와 충돌하면 더 많은 이온과 새로 생성된 전자들이 생성되고 이들 역시 가속됩니다. 결국 열 에너지는 많은 양의 이온을 공급하여 공극 내부 영역에서 절연 파괴를 일으킵니다.
공극이 붕괴되면 전류 흐름의 한계는 사용 가능한 전하(예: 정전기 방전)나 외부 전원의 임피던스에 의해 결정됩니다. 전원에 전류가 계속 공급되면 스파크는 아크라고 불리는 연속적인 방전 현상으로 바뀝니다. 전기 스파크는 절연 액체나 고체에서도 발생할 수 있지만, 그 파괴 메커니즘은 기체에서의 스파크와 다릅니다.
EDM의 역사
1671년에 라이프니츠는 불꽃이 전기와 관련이 있다는 것을 발견했습니다. 1708년, 사뮤엘 월은 고무를 천에 문질러서 불꽃을 일으키는 실험을 했습니다. 1752년, 토마스 프랑수아 달리바르는 벤저민 프랭클린이 제안한 실험을 바탕으로 프랑스 참전 용사에게 마를리 마을의 라이덴병에서 번개를 수집하도록 했습니다. 이 실험은 번개와 전기가 동일한 현상이라는 것을 증명했습니다. 그리고 프랭클린의 유명한 연 실험은 뇌우 중에 구름에서 불꽃을 성공적으로 추출한 사례였습니다.
EDM의 응용
점화원
가솔린 내연 기관의 점화 플러그에서는 전기 스파크를 사용하여 연료와 공기 혼합물에 점화합니다. 점화 플러그의 전하가 절연된 중앙 전극에서 접지 단자로 방전됩니다. 스파크에 필요한 전압은 점화 코일이나 자기발전기에 의해 제공되며 절연 전선을 통해 스파크 플러그에 연결됩니다. 화염 점화기는 전기 스파크를 사용하여 특정 스토브와 가스 버너에서 연소를 시작하며, 기존의 날아다니는 화염을 대체합니다.
무선 통신
스파크 갭 송신기는 전기 스파크 갭을 사용하여 무선 통신용 송신기로 사용될 수 있는 무선 주파수 전자기파를 생성합니다. 스파크 갭 송신기는 1887년부터 1916년까지의 처음 30년 동안 널리 사용되었지만, 이후 진공관 시스템으로 대체되었고 1940년 이전에는 더 이상 통신에 사용되지 않았습니다. 스파크 갭 송신기가 널리 사용되면서 "스파크"는 선박 무선 통신수를 부르는 별명이 되었습니다.
금속 가공
전기 스파크는 다양한 금속 가공 기술에도 사용됩니다. 전기 방전 가공(EDM)은 스파크 가공이라고도 하며, 스파크 방전을 사용하여 작업물에서 재료를 제거합니다. 이 기술은 전통적인 기술을 사용해서는 가공하기 어려운 단단한 금속에 주로 사용됩니다. 스파크 플라즈마 소결(SPS)은 흑연 다이에 있는 전도성 분말에 펄스 DC 전류를 통과시키는 소결 기술입니다. SPS는 기존의 열간 등압 압착보다 빠릅니다.
화학 분석
전기 스파크에 의해 생성되는 빛은 스파크 방출 분광법이라고 불리는 분광 기술에 사용될 수 있습니다. 고에너지 펄스 레이저는 전기 스파크를 생성하는 데 사용될 수도 있습니다. 레이저 유도 파괴 분광법(LIBS)은 고에너지 펄스 레이저를 사용하여 샘플 내의 원자를 여기시키는 원자 방출 분광 기술입니다. 이 기술은 레이저 스파크 분광법(LSS)으로도 알려져 있습니다. 전기 스파크는 질량 분석에서 이온을 생성하는 데에도 사용됩니다.
전기 스파크의 위험전기 스파크는 사람, 동물, 심지어 정지된 물체에도 위험합니다. 전기 스파크는 가연성 물질, 액체, 가스, 증기에 불을 붙일 수 있습니다. 전등이나 다른 회로를 켤 때 발생하는 것과 같은 우발적인 정전 방전도 가솔린, 아세톤, 프로판 또는 밀가루 공장의 분말과 같은 가연성 증기에서 불꽃을 일으킬 수 있습니다.
사람이 고전압 정전기를 가지고 있거나 고전압 전원 근처에 있을 경우 도체와 신체 사이에 불꽃이 튀어나와 막대한 에너지를 방출하게 되는데, 이로 인해 심각한 화상, 심장 및 내부 장기 손상, 심지어는 사망에 이를 수도 있다. 아크 플래시 발생. 스턴건에서 나오는 것과 같은 상대적으로 에너지가 낮은 불꽃조차도 신경계의 전기 경로에 과부하를 일으켜, 비자발적인 근육 수축을 일으키거나 심장 박동을 방해할 수 있습니다.불꽃은 종종 고전압 장의 존재를 나타냅니다. 전압이 높을수록 불꽃이 이동할 수 있는 거리가 더 멀어집니다.
따라서 전기 스파크는 매혹적인 물리적 현상일 뿐만 아니라 안전, 기술, 응용 분야에 대한 우리의 심오한 사고를 촉발합니다. 이런 현상 뒤에는 우리가 탐구해야 할 더 많은 미스터리가 기다리고 있을까?
