Benötigen Sie Hochspannung oder Hochstrom, um einen Funken zu erzeugen?

Ein elektrischer Funke kann entstehen, wenn zwischen zwei Leitern eine hohe potentielle Energie vorhanden ist, oder? Meine Frage ist, kann ein Funke mit hohem Strom und niedriger Spannung gebildet werden oder nur umgekehrt?

Sie benötigen eine hohe Spannung, um einen Funken durch die Luft zu erzeugen.

Es gibt zwei Möglichkeiten, um eine hohe Spannung zu erhalten. Eine ist, absichtlich eine hohe Spannung anzulegen.

Das andere ist, dass Sie eine hohe Spannung versehentlich erhalten können, indem Sie einen großen Strom in einem induktiven Stromkreis unterbrechen. Da alle Leiter bis zu einem gewissen Grad induktiv sind, erzeugt ein ausreichend hoher Strom, der durch einen Öffnungsschalter fließt, einen Funken, wenn sich die Kontakte öffnen und versuchen, den Strom zu stoppen. Wenn Sie eine Scheinwerferlampe von einer 12-V-Batterie über Starthilfekabel mit Strom versorgen und diese dann herausziehen, wird beim Öffnen der Verbindung normalerweise ein Funke ausgelöst.

Vor dem Funken gibt es überhaupt keinen Strom, nur eine Spannung (Potentialdifferenz) zwischen zwei Punkten.

Lichtbogenentladung tritt auf , wenn die Spannung hoch genug ist, um die Lücke zu überwinden, und setzt sich dann fort, wenn die Leiter auseinandergezogen werden, bis sich das Plasma auflöst. Dies hängt davon ab, wie groß die Lücke ist. Sie können leicht sichtbare Funken aus einem 12-V-Netzteil ziehen, indem Sie einige Leiter aneinander reiben. Über die wenigen Mikrometer Lücke zwischen Oberflächen, die nicht perfekt flach sind, bilden sich winzige Bögen.

Sobald ein Lichtbogen gezündet wird, ist er ein ziemlich guter Leiter, sodass die Spannung an ihm abfällt und der Strom ansteigt, bis er vom Rest des Systems begrenzt wird.

Van-der-Graff-Generatoren und ähnliche "statische Elektrizitätssysteme" sind Kondensatoren, die effektiv auf enorme Spannungen aufgeladen werden und für eine extrem kurze Zeitdauer einen relativ hohen Strom erzeugen. Dadurch können sie lange, kurze Funken erzeugen.

Umgekehrt arbeiten Lichtbogenschweißgeräte mit vergleichsweise niedrigen Spannungen, möglicherweise nur 20 V, aber extrem hohen Strömen (Hunderte oder Tausende von Ampere). Dies erfordert einen sehr kurzen Abstand - Sie müssen das Schweißgut mit der Elektrode berühren.

Es hängt alles davon ab, wie Sie einen Funken definieren. Wenn brennende Metallpartikel als Funken gelten, können Sie einen Funken mit sehr niedrigen Spannungen erzeugen. Ein Kurzschluss einer 1,5 V AA-Batterie erzeugt solche Funken, die leicht zu erkennen sind. Was Sie hier brauchen, ist ausreichend Strom, um das Metall zu schmelzen. In der Regel werden Ströme von mindestens 1,5 A benötigt, damit Funken bei Tageslicht sichtbar sind.

Wenn es sich um Lichtbögen zwischen festen Elektroden handelt, müssen Sie die Bedingungen des Paschenschen Gesetzes erfüllen, die Spannung, Druck und Abstand zwischen Elektroden betreffen. Bei atmosphärischem Luftdruck benötigen Sie mindestens 327 V, um einen dauerhaften Lichtbogen über einen Abstand von 7,5 µm zu erzeugen. Interessanterweise erhöht das Verringern des Abstands nur die Spannung, da Ionen einen bestimmten Abstand zurücklegen müssen, bevor sie genügend Energie gewinnen, um beim Aufprall auf die Kathode eine Sekundärelektronenemission zu erzeugen.

Wenn Sie Elektroden anfänglich berühren, um den Lichtbogen zu zünden (indem Sie das Metall wie oben beschrieben mit hohen Strömen schmelzen) und dann auseinander nehmen, können Sie einen beträchtlichen Lichtbogen mit niedrigeren Spannungen erhalten. So funktioniert das Lichtbogenschweißen. Sie benötigen sowohl Spannung als auch hohen Strom, um solche Lichtbögen aufrechtzuerhalten, wobei die Spannung in etwa proportional zur Lichtbogenlänge ist. Typische Schweißspannungen sind 12-36 V, was ausreicht, um einen Lichtbogen von mehreren mm zu erzeugen.

Angewandte Physik - Antwort # 2

Benötigen Sie Hochspannung oder Hochstrom, um einen Funken zu erzeugen?

Was ist ein Funke? :

Das von einem Funken emittierte Licht kommt nicht aus dem Elektronenstrom selbst, sondern aus dem Materialmedium, das als Reaktion auf Kollisionen der Elektronen fluoresziert. Wenn Elektronen mit Luftmolekülen in der Lücke kollidieren, regen sie ihre Bahnelektronen auf ein höheres Energieniveau an. Wenn diese angeregten Elektronen auf ihre ursprünglichen Energieniveaus zurückfallen, strahlen sie Energie als Licht aus. Im Vakuum kann sich kein sichtbarer Funke bilden. Ohne elektromagnetisch übergangsfähige Störstoffe ist der Funken unsichtbar (siehe Vakuumlichtbogen).

Die Funkenergie kann aufgrund der extrem hohen Dichte auf einer extrem kleinen Oberfläche sehr klein sein. Das Ladungsfeldexponential steigt mit zunehmender Kraft in Fahrtrichtung an. Kollisionen mit einer stationären ähnlichen Ladung berühren sich nie, werden jedoch schnell abgestoßen, um ihren Weg abzulenken und verzweigen sich häufig in zwei verschiedene Wege und laufen weiter in Richtung des Ziels mit entgegengesetzter Polarität.

Da die Geschwindigkeit der sich bewegenden Ladung in Leitern sehr langsam ist (siehe Driftgeschwindigkeit), kann ihre Oberfläche so klein sein wie die geladenen Moleküle, die sich in Mikrosekunden bis Millisekunden in Richtung entgegengesetzter Ladungspolarität beschleunigen. Sobald das Leitertarget erreicht ist, tritt der oben definierte Mechanismus auf, der in Pikosekunden bis Nanosekunden stattfindet und so lange andauert, bis die gespeicherte Energie in Luft dissipiert ist.

Experimentieren Sie zur Weihnachtszeit
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Früher bekamen wir Weihnachtsbaum-Lametta, das wie Plastikkappen aus metallisiertem Kunststoff besteht, sich aber wie eine kurze 40-cm-Schnur ausdehnt. Sie könnte aus 1 m Entfernung horizontal in Richtung des Fernsehgeräts zeigen und sich ausdehnen, wenn der BDV-Wert von Luft ~ 1 kV / mm vom Lametta ca. 2 ~ 4 cm überschritten wird. Das bestätigte meine Ladespannungsschätzung. Der Funke war jedoch kaum zu spüren, da der Verstärker wahrscheinlich in einer Nanosekunde floss.

Es ist die Luft, die detoniert und nicht die Leiter. Die Stromlücke ist jedoch so klein, dass die Schweißelektrode und das Target an beiden Enden aus dem Plasma-Heißgas schmelzen.
Das heiße Plasmamedium wird ein überhitzter thermischer und elektrischer Leiter und ein Trägermedium für die Übertragung von Elektrodengas und Partikeln, um das Targetmetall zu fließen und zu verschweißen.

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Derselbe Funke kann aus 5 Mikrojoule Unterbrechungsinduktionsenergie erzeugt werden, die in einer spontanen Unterbrechung mit hoher Spannung gespeichert sind, wenn die Unterbrechung viel schneller sein kann als die Driftgeschwindigkeit im Leiter. -

Eine Eigenschaft aller Hochspannungsisolatoren wie Luft ist, dass sie Dielektrika sind, was eine proportionale Konstante der Ladungskapazität ist. Wir normalisieren die Permeabilität aller anderen Dielektrika wie Luft, die ebenfalls sehr nahe an 1,0 eines Vakuums liegt.

Ja, ein Vakuum hat eine EM-Impedanz, die sich auch bei viel höheren räumlichen Pegeln auflöst, es sei denn, es gibt einen Ionenfluss durch Sonnenwinde oder, schlimmer noch, einen Carrington-Effekt. “

Außerdem sind alle Dielektrika elektrische Isolatoren und die meisten sind auch Wärmeisolatoren mit Ausnahme von Flüssigkeiten wie Öl.

Alle Isolatoren haben eine Durchschlagspannung, obwohl die Luft dazu neigt, die Barriereschwelle in kV / mm zu senken, und zwar aufgrund von mobil geladenen Verunreinigungen, die kollidieren und einen Lawinenzustand oder eine „Townsend-Entladung“ hervorrufen. Sie kann mit einem Teil viel schlechter oder niedriger gemacht werden Vakuum, bis die Partikel so klein sind, dass sie nicht kollidieren, Lawinen- und Fließströme verursachen. Faraday charakterisierte diesen Lichtbogen mit einer Vielzahl von Experimenten, die Paschen dazu inspirierten, die Gleichung zwischen Luftdruck und Durchschlagsschwelle zu entwickeln, und inspirierte viele andere, einschließlich Maxwell, der alle Experimente Faradays las und ihnen mehr Aufmerksamkeit schenkte als den großen deutschen Mathematikern wie Gauß die auf die Wirkung einer Ladung aus der Ferne bestanden und dennoch hervorragende mathematische Eigenschaften besaßen, wenn aus nächster Nähe deutlich mehr Effekte abliefen.

Wir wissen, dass es im Grunde 3 Ladungseigenschaften, Leiter, Isolatoren und Halbleiter gibt. Überraschung! Luft wird zu einem Halbleiter, sobald die Anfangsspannung erreicht ist, um einen noch so kleinen Funken zu verursachen. Wir nennen dies in der Energieversorgungsbranche Teilentladungs-Eingangsspannung oder PDIV, die nur ein optionaler Werkstest vor der Durchbruchspannung ist.

Warten Sie eine Minute, wenn es sich um einen Halbleiter handelt. Können wir daraus einen TRANSISTOR machen , da der Lawineneffekt auf ein Gas einen negativen Widerstand darstellt?

Nein, aber Sie können eine Vakuumröhre daraus machen und ein Inertgas verwenden, um Oxidation zu vermeiden. Dann haben Sie eine Gasröhre „Halbleiter“. Aber Lichtbogenbildung ist nicht gut für Audio-Vakuumröhren, also verwenden Sie den negativen Widerstand oder die Empfindlichkeit, die durch Hitze erhöht wird und dann HV-Vorspannung es deutlich unter dem blauen Koronaeffekt, der im Alter auftritt (aufgrund der Verunreinigung der Elektrode durch Gas) Korona ist sichtbares Licht, aber im Inneren von Bauteilen vor dem Durchschlag Spannung (BDV) nennen wir es Teilentladung (PD) ps Es gibt allein zu diesem Thema etwa 10.000 Doktorarbeiten zu Microsoft Academics oder Google Scholar.

Abgesehen davon, dass sich die Schwelle mit der Lücke etwas linear ändert, außer an Extremitäten wie 50 & mgr; m oder 50 km, ist sie weniger linear.

Denken Sie jedoch aus praktischen Gründen an 1 kV / mm oder 10 kV / cm für scharfe Leiter und an das Dreifache dieses Betrags für glatte, flache Oberflächen.

Um sich wie ein TRIAC mit einer Schwelle von 1,3 V zu verhalten, müsste die Lücke bei Null beginnen, als würde man den Stecker eines Motors herausziehen und einen langen Lichtbogen ziehen, bis die untere Schwelle des Haltestroms oder eine andere Kraft auf die Luft die Verbindung unterbricht .

TRIACS haben auch eine Haltestromschwelle für Gleichstrom, obwohl wir immer den nächsten „Nulldurchgang“ des Wechselstroms als Ausschaltzeitpunkt betrachten.

KONTAKTE —-

Aus diesem Grund müssen Gleichstromkontakte in Relais für Strom mit induktiven Lasten herabgesetzt werden, da das ERGEBNIS eines Unterbrechungslichtbogenstroms in Luft aufgrund des Sauerstoff- und Wasserstoffgehalts über 6000 ° C erreichen kann.

Endlich --

Einfache Antwort:

Ja UND Nein zu Spannung und Strom. Sie können einen Funken entweder mit hoher Spannung oder Strom oder niedriger Spannung oder Strom machen,

Experiment

Selbst bei einer AA-Batteriezelle oder besser bei einer LiPo-Zelle mit einem „MOT-Transformator“ wird im abgeklemmten Zustand ein großer Lichtbogen erzeugt. Die Spannung über dem Lichtbogen ist jedoch kurz vor dem Start des Lichtbogens niedrig, da trockene Kontakte sehr schnell abbrechen ( dt in ns) und wir kennen V = LdI / dt, haben aber Kontaktsprung **

Sie können keinen Lichtbogen auslösen, aber Sie können einen großen Lichtbogen damit dehnen, nachdem Sie den Strom auf der Primärwicklung einige Sekunden lang aufgeladen haben

Wenn bereits leitend, dauert es einige Zeit, bis die Elektronen angeregt werden und über die Lücke springen (Mikrosekunden), bis sie in den Halbleitermodus wechseln und in Abhängigkeit von der Anstiegszeit von Pikosekunden bis Mikrosekunden einen Lichtbogen bilden Wenn es sich um einen Hohlraum oder eine Verunreinigung in einer Kunststoff- Y-Kappe oder einem XLPE-HVAC-Stromkabel oder um Staubpartikel in Öl oder etwas feuchter Luft auf einer HV-Glasdurchführung oder einem Blitz handelt. Dann haben sie genau wie Triacs und Tunneldioden und Schutzgasröhren einen geringen negativen Widerstand, der von der Stromdichte abhängt. Das macht sie auch nützlich für Lichtbogen-Hochspannungs-Oszillatoren wie Tesla und Transmitter wie Marconi und Faraday, die all diese Experimente vor Jahrhunderten durchgeführt haben.