Language
Country/Area
No result found
Sức mạnh bí ẩn của tia lửa điện: Tại sao nó có thể đốt cháy mọi thứ trong chớp mắt?
Tia lửa là sự phóng điện đột ngột xảy ra khi một trường điện đủ mạnh tạo ra một đường dẫn điện tích trong môi trường cách điện thông thường như không khí hoặc các loại khí khác. tia lửa. Hiện tượng này khiến nhiều nhà khoa học, như Michael Faraday, ca ngợi nó là "một tia sáng đẹp mắt đi kèm với sự phóng điện thông thường của dòng điện".
Sự chuyển đổi nhanh chóng của tia lửa từ trạng thái không dẫn điện sang trạng thái dẫn điện đi kèm với một tia sáng lóe lên trong chốc lát và một tiếng nổ giòn giã.
Tia lửa xảy ra khi điện trường vượt quá cường độ đánh thủng điện môi của môi trường. Đối với không khí, cường độ điện áp đánh thủng là khoảng 30 kV/cm ở mực nước biển. Các thí nghiệm khác nhau sẽ cho thấy sự thay đổi về số lượng này, tùy thuộc vào độ ẩm, áp suất khí quyển, hình dạng của các điện cực (ví dụ: hình kim và phẳng, hình bán cầu, v.v.) và khoảng cách giữa chúng, thậm chí cả loại dạng sóng, chẳng hạn như sóng sin hoặc sóng chữ nhật Cosine.
Trong giai đoạn đầu của dòng điện, các electron tự do trong khoảng trống (từ tia vũ trụ hoặc bức xạ nền) được tăng tốc bởi trường điện, gây ra hiện tượng tuyết lở Townsend. Khi các electron này va chạm với các phân tử không khí, chúng tạo ra nhiều ion hơn và các electron mới được tạo ra, chúng cũng được tăng tốc. Cuối cùng, năng lượng nhiệt cung cấp một nguồn ion lớn, gây ra sự đánh thủng điện môi trong vùng bên trong khoảng trống.
Khi khoảng trống bị phá vỡ, giới hạn dòng điện chạy qua được xác định bởi điện tích có sẵn (ví dụ: phóng tĩnh điện) hoặc trở kháng của nguồn điện bên ngoài. Nếu nguồn điện tiếp tục cung cấp dòng điện, tia lửa sẽ biến thành hiện tượng phóng điện liên tục gọi là hồ quang. Tia lửa điện cũng có thể xuất hiện trong chất lỏng hoặc chất rắn cách điện, nhưng cơ chế đánh lửa của chúng khác với cơ chế đánh lửa trong chất khí.
Lịch sử của EDM
Năm 1671, Leibniz phát hiện ra rằng tia lửa có liên quan đến điện. Năm 1708, Samuel Wall đã tiến hành một thí nghiệm tạo ra tia lửa bằng cách cọ xát cao su vào vải. Năm 1752, Thomas François Dallibard đã sắp xếp cho một cựu chiến binh người Pháp thu thập sét trong một chiếc bình Leyden ở làng Marly, dựa trên một thí nghiệm do Benjamin Franklin đề xuất, chứng minh rằng sét và điện là cùng một hiện tượng. Và thí nghiệm thả diều nổi tiếng của Franklin là một ví dụ về việc thành công trong việc trích xuất tia lửa từ đám mây trong cơn giông bão.
Ứng dụng của EDM
Nguồn đánh lửa
Tia lửa điện được sử dụng trong bugi của động cơ đốt trong chạy xăng để đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu và không khí. Điện tích trong bugi được phóng ra từ điện cực trung tâm cách điện đến cực nối đất. Điện áp tạo ra tia lửa được cung cấp bởi cuộn dây đánh lửa hoặc máy phát từ và được kết nối với bugi thông qua dây cách điện. Bộ đánh lửa sử dụng tia lửa điện để bắt đầu quá trình đốt cháy trên một số bếp và đầu đốt gas, thay thế cho ngọn lửa bay truyền thống.
Truyền thông không dây
Máy phát khe hở tia lửa điện sử dụng khe hở tia lửa điện để tạo ra bức xạ điện từ tần số vô tuyến có thể được sử dụng làm máy phát cho truyền thông không dây. Máy phát tia lửa điện được sử dụng rộng rãi trong ba mươi năm đầu tiên, từ năm 1887 đến năm 1916, nhưng sau đó đã bị thay thế bằng hệ thống đèn chân không và không còn được sử dụng để liên lạc trước năm 1940. Việc sử dụng rộng rãi máy phát tia lửa điện đã khiến "Spark" trở thành biệt danh của các nhân viên điều hành vô tuyến trên tàu.
Gia công kim loại
Tia lửa điện cũng được sử dụng trong nhiều kỹ thuật gia công kim loại. Gia công bằng tia lửa điện (EDM), đôi khi được gọi là gia công bằng tia lửa điện, sử dụng tia lửa điện để loại bỏ vật liệu khỏi phôi. Công nghệ này chủ yếu được sử dụng cho các kim loại cứng, khó xử lý bằng các kỹ thuật truyền thống. Thiêu kết plasma tia lửa (SPS) là một kỹ thuật thiêu kết liên quan đến việc truyền dòng điện DC xung qua bột dẫn điện trong khuôn than chì. SPS nhanh hơn phương pháp ép đẳng tĩnh nóng truyền thống.
Phân tích hóa học
Ánh sáng do tia lửa điện tạo ra có thể được sử dụng trong kỹ thuật quang phổ gọi là quang phổ phát xạ tia lửa. Tia laser xung năng lượng cao cũng có thể được sử dụng để tạo ra tia lửa điện. Phổ đánh thủng cảm ứng laser (LIBS) là một kỹ thuật phổ phát xạ nguyên tử sử dụng tia laser xung năng lượng cao để kích thích các nguyên tử trong mẫu. Kỹ thuật này còn được gọi là quang phổ tia lửa laser (LSS). Tia lửa điện cũng được sử dụng để tạo ra các ion trong phép đo phổ khối.
Nguy hiểm của tia lửa điệnTia lửa điện nguy hiểm đối với con người, động vật và thậm chí cả các vật thể tĩnh. Tia lửa điện có thể đốt cháy các vật liệu dễ cháy, chất lỏng, khí và hơi. Ngay cả những sự cố phóng tĩnh điện ngẫu nhiên, chẳng hạn như khi bật đèn hoặc các mạch điện khác, cũng có thể gây ra tia lửa từ các chất dễ cháy như xăng, axeton, propan hoặc bột trong máy xay bột.
Nếu một người mang theo tĩnh điện cao thế hoặc ở gần nguồn điện cao thế, tia lửa sẽ nhảy giữa vật dẫn và cơ thể người đó, giải phóng năng lượng lớn, có thể gây bỏng nặng, tổn thương tim và các cơ quan nội tạng, thậm chí gây ra Tạo ra hồ quang điện. Ngay cả những tia lửa có năng lượng tương đối thấp, chẳng hạn như tia lửa từ súng điện, cũng có thể làm quá tải các đường dẫn điện của hệ thần kinh, gây ra co thắt cơ không tự chủ hoặc làm gián đoạn nhịp tim.Tia lửa thường chỉ ra sự hiện diện của trường điện áp cao; điện áp càng cao thì khoảng cách tia lửa có thể di chuyển càng xa.
Do đó, tia lửa điện không chỉ là một hiện tượng vật lý thú vị mà còn khơi gợi suy nghĩ sâu sắc của chúng ta về sự an toàn, công nghệ và ứng dụng. Đằng sau những hiện tượng này, liệu còn có điều bí ẩn nào chưa được giải đáp đang chờ chúng ta khám phá không?
