Využití jiskrových výbojů v technologii

Jiskrový výboj je jev, při kterém dochází k vysokonapěťovému elektrickému výboji vzduchem nebo jiným plynem mezi dvěma elektrodami oddělenými malou vzdáleností. Během procesu vybíjení dochází k ionizaci plynu, což vede ke vzniku světelné jiskry doprovázené charakteristickým zvukem a uvolňováním tepla.

Jiskrový výboj se může objevit jak při přírodních jevech, jako jsou bouřky nebo sopečné erupce, tak v průmyslových procesech, jako je svařování nebo výroba elektrických zařízení. V závislosti na podmínkách, jako je vzdálenost mezi elektrodami, napětí a frekvence elektrického proudu, může mít jiskrový výboj různé formy.

Elektrická jiskra nebo jiskrový výboj (spolu s obloukem, záře a korónou) je jedním z typů nezávislého elektrického výboje v plynu. Pozoruje se při tlacích řádu atmosférického tlaku a v přírodě je to samozřejmě blesk.

Je známo, že za normálních podmínek stačí konstantní napětí 10 kV k proražení jednoho centimetru atmosférického vzduchu mezi elektrodami ve formě jehlic.

Pokud mají elektrody významný poloměr zakřivení ve srovnání s délkou vzduchové mezery mezi nimi, pak v tomto případě bude průrazné napětí pro stejný vzduch a při stejném tlaku vyšší – bude se pohybovat v oblasti 3 kV na mm.

Jiskrový výboj probíhá v několika fázích: nejprve se vlivem nárazové ionizace v elektrickém poli mezi elektrodami objeví elektronové laviny vedoucí ke vzniku slabě zářících shluků ionizovaných částic – tzv. streamerů.

Pronikají mezerou mezi elektrodami a vytvářejí četné vodivé můstky, po kterých se pak řítí silné proudy elektronů. Záření, které se v tomto okamžiku vyskytuje, dále ionizuje jiskrový kanál (dochází k fotoionizaci), takže se zvyšuje výbojový proud.

Pro umělé získání jiskrového výboje je zapotřebí vysokonapěťový zdroj, jehož výkon v elektrodovém obvodu bude omezen pouze možností získání jiskry a bude nedostatečný pro udržení oblouku.

Po prudkém nárůstu proudu v okamžiku jiskrového výboje by mělo napětí mezi elektrodami prudce klesnout a stát se méně než dostatečným k udržení výboje. Poté je potřeba nějaký čas, po kterém se potenciálový rozdíl mezi elektrodami obnoví na úroveň, při které bude opět stačit k zahájení dalšího průrazu.

Doba trvání jiskrového výboje se měří v mikrosekundách. Proud v pulsu může dosáhnout tisíců ampér. Teplota uvnitř jiskrového kanálu dosahuje 10000 XNUMX K. Jiskrový výboj našel samozřejmě nejširší uplatnění v technologii.

Zdroj vznícení

Směs paliva a vzduchu v benzínovém motoru (nebo plynu v plynovém motoru) vnitřního spalování se tradičně zapaluje jiskrovým výbojem.

V zapalovací soustavě spalovacího motoru jsou zapalovací svíčky napájeny vysokonapěťovým zdrojem (ze zapalovací cívky), přičemž speciální rozdělovací mechanismus střídavě aktivuje ve správných okamžicích jiskru v pracovních válcích motoru.

Klasická zapalovací cívka je vysokonapěťový pulzní transformátor, jehož primární vinutí je napájeno pulzním napětím 12 voltů, zatímco sekundární vinutí vytváří vysokonapěťové pulzy do 30 kV. To stačí k zapálení jiskry ve spalovací komoře.

Plynové sporáky, kotle a ohřívače vody mají tradičně elektrické pulzní nebo piezo zážehové zapalování. Elektrický zapalovací obvod obsahuje pulzní transformátor s elektronikou a princip činnosti je zde podobný zapalovací cívce automobilu.

Piezozapalovače vyžadují mechanické působení: prudký pokles tlaku na piezoelektrický krystal vede k vytvoření elektrického impulsu na destičkách připevněných k jeho okrajům.

obrábění kovů

Od první poloviny 20. století existuje elektrický způsob zpracování kovů nazývaný elektroerozivní obrábění.

Metoda je následující. V prostředí kapalného dielektrika (voda) působí obrobek jako katoda (je k ní připojen záporný pól stejnosměrného zdroje), druhým elektroda-nástroj je anoda (připojená ke kladnému pólu zdroje).

V určitém okamžiku se mezi anodou a katodou vygeneruje elektrický impuls doprovázený jiskrovým výbojem. Působení mnoha takových výbojů způsobuje vyrážení kousků kovu z povrchu obrobku.

Změnou frekvence pulzů v rámci několika kilohertzů, změnou jejich trvání, napětí (proudu) a vzdálenosti mezi elektrodami se dosáhne požadovaného výsledku. Může se jednat o abrazivní zpracování, texturování povrchu, řezání a další režimy.

Průměrný proud závisí na ploše zpracovávaného povrchu a na cíli, který je sledován elektrickým výbojovým obráběním.

Chemický rozbor

Ke studiu složení látek pomocí rozboru spekter iontů a volných atomů v plynech se používá metoda zvaná atomová emisní spektroskopie, při které se emisní spektra látek zaznamenávají v optické oblasti.

Složení látky je určeno analýzou jejího čárového spektra. K vybuzení čárových spekter se používá světlo s širokým vnitřním spektrem. Takové světlo lze mimo jiné získat pomocí plazmy elektrické jiskry. K tomuto účelu se používají jiskry o napětí 300 V až 20 kV přivedené na elektrody.

Nízkonapěťové jiskře předchází zapálení vysokonapěťovou jiskrou. Prostor mezi elektrodami je u takových instalací obvykle od 3 do 6 mm, elektrické impulsy následují o frekvenci 50 až 100 Hz. Argon se často používá k plnění jiskrové instalace.

Nelze si nevzpomenout, že na úsvitu rádia, v době Hertze, vše začalo experimenty založenými na technologii jisker. Jiskřiště použité ve vysílači bylo napájeno ze sekundárního vinutí vysokonapěťové Ruhmkorffovy cívky. Jiskra vybudila široké spektrum záření ve vysílací anténě.

Od samého začátku výzkumníci používali jednotlivá jiskřiště, pak přidali obvody s několika jiskřištěmi zapojenými do série a poté přešli na rotační jiskřiště.

Přijímací rezonátory měly také jiskřiště. Vzhled jasné jiskry v jiskřišti přijímače-rezonátoru naznačoval registraci elektromagnetických vln odpovídající délky.

Bezpečnostní opatření

Jiskření může být také nebezpečné, zejména v prostředí s vysokým napětím, protože může způsobit požár a úraz elektrickým proudem. Pro bezpečnou práci s elektrickým zařízením je proto důležité přijmout vhodná opatření a používat speciální ochranné prostředky.

Telegramový kanál pro ty, kteří se chtějí každý den učit nové a zajímavé věci: Škola pro elektrikáře

Zjednodušte si výpočty elektrických obvodů, parametrů zařízení a dalších elektrotechnických úkolů s touto praktickou aplikací: Online kalkulačka elektrotechniky

Rozvíjejte své profesní dovednosti:

Vyberte si vhodný formát a témata!