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O poder misterioso das faíscas elétricas: por que elas podem incendiar tudo em um instante?
Uma faísca é uma descarga elétrica repentina que ocorre quando um campo elétrico suficientemente forte cria um caminho condutor carregado em um meio normalmente isolante, como ar ou outros gases. faísca. Esse fenômeno levou muitos cientistas, como Michael Faraday, a elogiá-lo como "um lindo clarão de luz que acompanha a descarga comum de corrente elétrica".
A rápida transição da faísca de um estado não condutor para um estado condutor é acompanhada por um breve clarão de luz e um estalo nítido.
Faíscas ocorrem quando o campo elétrico aplicado excede a resistência à ruptura dielétrica do meio. Para o ar, sua resistência à ruptura é de cerca de 30 kV/cm ao nível do mar. Diferentes experimentos mostrarão variações neste número, dependendo da humidade, da pressão atmosférica, do formato dos eletrodos (por exemplo, em forma de agulha e plano, hemisférico, etc.) e da distância entre eles, e até mesmo do tipo de forma de onda, como uma onda senoidal ou onda retangular cosseno.
No estágio inicial do fluxo de corrente, elétrons livres no intervalo (de raios cósmicos ou radiação de fundo) são acelerados pelo campo elétrico, causando uma avalanche de Townsend. Quando esses elétrons colidem com moléculas de ar, eles criam mais íons e novos elétrons gerados, que também são acelerados. Eventualmente, a energia térmica fornece uma grande fonte de íons, causando ruptura dielétrica na região dentro do vazio.
Uma vez que o vazio é quebrado, o limite para o fluxo de corrente é determinado pela carga disponível (por exemplo, descarga eletrostática) ou pela impedância da fonte de alimentação externa. Se a fonte de energia continuar a fornecer corrente, a faísca se transformará em um fenômeno de descarga contínua chamado arco. Faíscas elétricas também podem ocorrer em líquidos ou sólidos isolantes, mas seu mecanismo de decomposição é diferente daquele das faíscas em gases.
História da EDM
Em 1671, Leibniz descobriu que as faíscas estavam relacionadas à eletricidade. Em 1708, Samuel Wall conduziu um experimento para produzir faíscas esfregando borracha contra tecido. Em 1752, Thomas François Dallibard contratou um veterano francês para coletar raios em uma jarra de Leyden na vila de Marly, com base em um experimento proposto por Benjamin Franklin, provando que raios e eletricidade são o mesmo fenômeno. E o famoso experimento de Franklin com a pipa foi um exemplo de extração bem-sucedida de faíscas das nuvens durante uma tempestade.
Aplicações de EDM
Fonte de ignição
Uma faísca elétrica é usada na vela de ignição de um motor de combustão interna a gasolina para inflamar a mistura de combustível e ar. A carga na vela de ignição é descarregada do eletrodo central isolado para o terminal de aterramento. A voltagem para a faísca é fornecida por uma bobina de ignição ou gerador de magneto e é conectada à vela de ignição por meio de fios isolados. Os acendedores de chama usam uma faísca elétrica para iniciar a combustão em certos fogões e queimadores a gás, substituindo a tradicional chama voadora.
Comunicação sem fio
Os transmissores de centelha usam uma centelha elétrica para gerar radiação eletromagnética de radiofrequência que pode ser usada como um transmissor para comunicações sem fio. Os transmissores de centelha foram amplamente utilizados durante os primeiros trinta anos, de 1887 a 1916, mas foram substituídos por sistemas de válvulas de vácuo e não foram mais usados para comunicações antes de 1940. O uso generalizado de transmissores de centelha fez com que "Spark" se tornasse um apelido para operadores de rádio de navios.
Metalurgia
A faísca elétrica também é usada em uma variedade de técnicas de metalurgia. A usinagem por descarga elétrica (EDM), às vezes chamada de usinagem por faísca, usa descargas de faísca para remover material de uma peça de trabalho. Essa tecnologia é usada principalmente para metais duros que são difíceis de processar usando técnicas tradicionais. A sinterização por plasma de faísca (SPS) é uma técnica de sinterização que envolve a passagem de uma corrente CC pulsada através de um pó condutor em uma matriz de grafite. O SPS é mais rápido que a prensagem isostática a quente tradicional.
Análise Química
A luz produzida por uma faísca elétrica pode ser usada em uma técnica espectroscópica chamada espectroscopia de emissão de faísca. Lasers pulsados de alta energia também podem ser usados para produzir faíscas elétricas. A espectroscopia de ruptura induzida por laser (LIBS) é uma técnica de espectroscopia de emissão atômica que usa lasers pulsados de alta energia para excitar átomos em uma amostra. Essa técnica também é conhecida como espectroscopia de faísca a laser (LSS). Faíscas elétricas também são usadas para criar íons em espectrometria de massa.
Perigos de faíscas elétricasFaíscas elétricas são perigosas para pessoas, animais e até mesmo objetos estáticos. Faíscas elétricas podem inflamar materiais combustíveis, líquidos, gases e vapores. Até mesmo descargas estáticas acidentais, como aquelas geradas ao acender luzes ou outros circuitos, podem provocar faíscas de vapores inflamáveis, como gasolina, acetona, propano ou pós em um moinho de farinha.
Se uma pessoa carrega eletricidade estática de alta voltagem ou está perto de uma fonte de energia de alta voltagem, faíscas saltarão entre o condutor e seu corpo, liberando uma enorme energia, o que pode causar queimaduras graves, danos ao coração e órgãos internos e até mesmo causar Geração de arco elétrico. Mesmo faíscas de energia relativamente baixa, como as de uma arma de choque, podem sobrecarregar as vias elétricas do sistema nervoso, causando contrações musculares involuntárias ou interrompendo o ritmo cardíaco.Faíscas geralmente indicam a presença de um campo de alta voltagem; quanto maior a voltagem, maior a distância que a faísca pode percorrer.
Portanto, a faísca elétrica não é apenas um fenômeno físico fascinante, ela também desperta nosso pensamento profundo sobre segurança, tecnologia e aplicação. Por trás desses fenômenos, há mais mistérios não resolvidos esperando para serem explorados?
