Física Aplicada respuesta # 2
¿Necesita alto voltaje o corriente para producir una chispa?
¿Qué es una chispa? :
La luz emitida por una chispa no proviene de la corriente de los electrones en sí, sino del medio material que fluoresce en respuesta a las colisiones de los electrones. Cuando los electrones chocan con las moléculas de aire en la brecha, excitan sus electrones orbitales a niveles de energía más altos. Cuando estos electrones excitados vuelven a sus niveles de energía originales, emiten energía como luz. Es imposible que se forme una chispa visible en el vacío. Sin material intermedio capaz de transiciones electromagnéticas, la chispa será invisible (ver arco de vacío)
La energía de la chispa puede ser muy pequeña debido a la densidad extremadamente alta de un área de superficie extremadamente pequeña. El exponencial del campo de carga aumenta con la fuerza creciente en la dirección en que viaja. Chocar con una carga similar estacionaria nunca toca, pero se repele rápidamente para desviar su camino y, a menudo, se ramifica en dos caminos diferentes y continúa hacia el objetivo de polaridad opuesta.
Como la velocidad de la carga en movimiento es muy lenta en los conductores (ver velocidad de deriva), su área de superficie puede ser tan pequeña como las moléculas cargadas que aceleran hacia una polaridad de carga opuesta en micro a milisegundos. Una vez que se alcanza el objetivo del conductor, se produce el mecanismo descrito anteriormente, que tiene lugar en pico a nanosegundos y dura hasta que la energía almacenada se disipe en el aire.
Experimente en Navidad
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Solíamos obtener oropel de Navidad 🌲 que es plástico metalizado como tapas de plástico pero se estira como una cuerda corta de 40 cm. Podría apuntar horizontalmente hacia el televisor a partir de 1 m de distancia y se estiraría cada vez más cerca y luego zap cuando la BDV de aire ~ 1kV / mm del oropel se excedió alrededor de 2 ~ 4 cm. Eso confirmó mi estimación de voltaje de carga. Sin embargo, la chispa apenas se podía sentir con un amperio probablemente fluyendo en un nanosegundo.
Es el aire el que detona y no los conductores. Pero la brecha de corriente es tan pequeña que el electrodo de soldadura y el objetivo se derriten del gas caliente de plasma en ambos extremos.
El medio de plasma caliente se convierte en un conductor térmico y eléctrico sobrecalentado y en un medio portador para la transferencia de gas de electrodos y partículas para fluir y soldar el metal objetivo.
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ret = ESR ∗ C mi= 1 / 2 CV2
Se puede crear la misma chispa a partir de 5 microjulios de energía inductiva de ruptura almacenados en una ruptura espontánea con alto voltaje si la ruptura puede ser mucho más rápida que la velocidad de deriva en el conductor.
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Una propiedad de todos los aisladores de alto voltaje como el aire es que son dieléctricos, que es una constante proporcional de capacitancia de carga. Normalizamos la permeabilidad de todos los demás dieléctricos, como el aire, que también está muy cerca de 1.0 de vacío.
Sí, un vacío tiene una impedancia EM que también se descompone a niveles mucho más altos en el espacio a menos que haya un flujo de iones de los vientos solares o peor, un efecto Carrington "
Además, todos los dieléctricos son aislantes eléctricos y la mayoría también son aislantes térmicos, excepto fluidos como el aceite.
Todos los aisladores tienen un voltaje de ruptura, aunque el aire tiende a reducir el umbral de barrera en kV / mm a la ruptura debido a los contaminantes cargados móviles que colisionan y crean una condición de avalancha o una "Descarga Townsend" que puede empeorar o disminuir mucho con un parcial aspire hasta que las partículas sean tan pocas que no haya ninguna que choque, avalancha y corriente de flujo. Faraday caracterizó este arco con una gran cantidad de experimentos, tanto que inspiró a Paschen a desarrollar la ecuación de la presión del aire frente al umbral de ruptura e inspiró a muchos otros, incluido Maxwell, que leyó todos los experimentos de Faraday y les prestó más atención que los grandes matemáticos alemanes como Gauss quien insistió en los efectos de una carga a distancia, pero tenía grandes propiedades matemáticas, cuando claramente había más efectos a corta distancia.
Sabemos que hay básicamente 3 propiedades de carga, conductores, aisladores y semiconductores. ¡Sorpresa! El aire se convierte en un semiconductor una vez que se alcanza el voltaje inicial para causar una chispa, sin importar cuán pequeño sea. Llamamos a esto en la industria de servicios de energía Voltaje de inicio de descarga parcial o PDIV, que es solo una prueba opcional de fábrica antes del voltaje de ruptura.
Espere un minuto si es un semiconductor, ¿podemos hacer un TRANSISTOR con él ya que el efecto de avalancha en un gas es una resistencia negativa?
No, pero puede hacer un tubo de vacío y usar un gas inerte para evitar la oxidación, entonces tiene un "semiconductor" de tubo de gas. Pero el arco eléctrico no es bueno para los tubos de vacío de audio, por lo que usa la resistencia negativa o la ganancia gm más sensible con el calor y luego el HV lo inclina muy por debajo del efecto de corona azul que ocurre desde la vejez (debido a la contaminación del electrodo con el gas) la corona es luz visible pero cuando está dentro de los componentes antes del voltaje de ruptura (BDV) lo llamamos Descarga parcial (PD) ps Hay alrededor de 10 mil tesis doctorales en Microsoft Academics o Google Scholar sobre este tema solo.
Aparte del umbral, los cambios son algo lineales con la separación, excepto en extremos como 50 um o 50 km, entonces es menos lineal.
Pero para fines prácticos, recuerde 1kV / mm o 10kV / cm para conductores afilados y aproximadamente 3 veces esta cantidad para superficies planas lisas.
Para comportarse como un TRIAC con un umbral de 1.3V, la brecha tendría que comenzar desde cero como sacar el enchufe de un motor y se puede dibujar un arco largo hasta que el umbral inferior de retención de corriente o alguna otra fuerza en el aire rompa la conexión .
Los TRIACS también tienen un umbral de corriente de retención para CC a pesar de que siempre consideramos el próximo "cruce por cero" de la corriente de CA como el tiempo de apagado.
CONTACTOS —-
Por esta razón, los contactos de CC en los relés deben reducirse para la corriente con cargas inductivas, ya que el RESULTADO de romper la corriente del arco puede alcanzar más de 6000 ° C en el aire debido al contenido de oxígeno e hidrógeno.
Finalmente --
Respuesta simple:
Sí y no tanto a voltaje como a corriente. Puede hacer una chispa con alto voltaje o corriente O bajo voltaje o corriente,
Experimentar
Incluso desde una celda de batería AA o mejor, una celda LiPo con un "transformador MOT" dibujará un gran arco cuando se desconecta, pero aún es un voltaje bajo a través del arco, pero un voltaje muy alto justo antes de que comience el arco ya que los contactos secos se rompen muy rápido ( dt en ns) y sabemos V = LdI / dt pero tenemos rebote de contacto **
No puede iniciar un arco, pero puede estirar un arco grande con lo anterior después de cargar la corriente durante unos segundos en el primario
Si ya se está llevando a cabo, la creación de un espacio aislante en algún dieléctrico como el aire o SF6 o aceite lleva tiempo para que los electrones se exciten y salten a través del espacio (microsegundos), pero luego se convierten en modo semiconductor y se encienden en un tiempo de aumento de picosegundo a microsegundo dependiendo de si estamos hablando de un vacío o contaminante en una tapa Y de plástico o un cable de alimentación HVAC XLPE o una partícula de polvo en aceite o algo de aire húmedo en un buje de vidrio HV o un rayo. Entonces, al igual que los triacs y los diodos de túnel y los protectores de tubos de gas, tienen una baja resistencia negativa que depende de la densidad de corriente. Lo que también los hace útiles para el arco Osciladores generadores de alto voltaje como descubrió Tesla y Transmisores como descubrió Marconi y Faraday hizo todos estos experimentos hace siglos.