Ηλεκτρικό τόξο

Εκκίνηση και σταθεροποίηση

Το ηλεκτρικό τόξο επιτυγχάνεται εφόσον δύο ηλεκτρόδια που βρίσκονται σε επαφή, έτσι ώστε να αποτελούν, μαζί με μια πηγή ρεύματος, ένα κλειστό κύκλωμα, που διαρρέεται από ρεύμα έντασης μερικών αμπέρ, απομακρυνθούν κατά μερικά χιλιοστά. Τότε δημιουργείται ανάμεσα στα άκρα τους ένας σπινθήρας, ο οποίος σταθεροποιείται αν στα άκρα των ηλεκτροδίων διατηρηθεί μια κατάλληλη διαφορά δυναμικού (45-50 βολτ). Το αέριο που βρίσκεται ανάμεσα στα ηλεκτρόδια εξασφαλίζει τη συνέχιση της κυκλοφορίας του ηλεκτρικού ρεύματος στο διάστημα αυτό, λειτουργεί δηλαδή ως γέφυρα. Αν υπάρχουν οι κατάλληλες συνθήκες τότε το ηλεκτρικό τόξο σταθεροποιείται και γίνεται συνεχές.

Ηλεκτρικό τόξο και πλάσμα

Το ηλεκτρικό τόξο, λόγω των υψηλών θερμοκρασιών που εμφανίζονται κατά την δημιουργία του, σχετίζεται με την τέταρτη κατάσταση της ύλης, το πλάσμα, με την οποία βέβαια δεν έχουμε καμία καθημερινή εμπειρία. Ένα αέριο γίνεται πλάσμα όταν η προσθήκη θερμότητας ή άλλης ενέργειας αναγκάζει έναν σημαντικό αριθμό ατόμων να απελευθερώσουν μερικά ή όλα τα ηλεκτρόνιά τους. Τα υπόλοιπα μέρη εκείνων των ατόμων αφήνονται με ένα θετικό φορτίο, και τα αποσυνδεμένα αρνητικά ηλεκτρόνια είναι ελεύθερα να μετακινηθούν. Το μίγμα των θετικά φορτισμένων πυρήνων και αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων είναι ένα πλάσμα. Η κίνηση των ελεύθερων ηλεκτρονίων είναι αυτή που είναι υπεύθυνη για το φαινόμενο του ηλεκτρικού τόξου.

ΣΥΓΚΟΛΛΗΣΗ ΤΟΞΟΥ

Μία από τις πιο συνήθεις εφαρμογές του ηλεκτρικού τόξου είναι η χρήση του για την συγκόλληση μετάλλων. Η συγκόλληση τόξου ή ηλεκτροσυγκόλληση στηρίζεται στη δημιουργία ηλεκτρικού τόξου ανάμεσα στο κομμάτι, που θέλουμε να κολληθεί, και σε ένα ηλεκτρόδιο, που είναι ταυτόχρονα και συγκολλητικό μέσο. Για να επιτευχθεί αυτό χρησιμοποιούνται ειδικές μηχανές που της ονομάζουμε μηχανές ηλεκτροσυγκόλλησης, οι οποίες δημιουργούν ηλεκτρικό τόξο κάνοντας χρήση συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος.
Η συσκευή αυτή αποτελείται από δύο καλώδια. Στην άκρη του ενός από αυτά βρίσκεται ένα ηλεκτρόδιο το οποίο είναι το μέσο δημιουργίας του ηλεκτρικού τόξου ενώ η άλλη συνδέεται με το μέταλλο που θέλουμε να συγκολλήσουμε. Το ηλεκτρικό τόξο που δημιουργείται μεταξύ αυτών των δύο έχει ως αποτέλεσμα την υψηλή θέρμανση (περίπου 4.000 °C) του σημείου επαφής των δύο μετάλλων και άρα την τήξη και συγκόλλησή τους. Για να ξεκινήσει η διαδικασία συγκόλλησης, χτυπάμε ή τρίβουμε το ηλεκτρόδιο πάνω στο προς συγκόλληση τεμάχιο και στη συνέχεια το σηκώνουμε, διατηρώντας από κει και πέρα μία σταθερή απόσταση.

ΠΥΡΣΟΙ ΠΛΑΣΜΑΤΟΣ

Οι πυρσοί πλάσματος είναι συσκευές, οι οποίες μεταδίδουν ηλεκτρικό ρεύμα ή αέριο μέσο, μέσω ηλεκτρικών εκκενώσεων που οφείλονται στη διαφορά δυναμικού δύο ηλεκτροδίων ανόδου – καθόδου. Έτσι δημιουργείται τόξο πλάσματος (plasma arc) και μετατρέπεται το αέριο σε πλάσμα. Ανάλογα με τη διάταξη των ηλεκτροδίων οι πυρσοί πλάσματος διαχωρίζονται στους πυρσούς μεταβίβασης και στους πυρσούς μη μεταβίβασης.

ΟΙ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΙ ΦΟΥΡΝΟΙ ΤΗΞΗΣ

Το ηλεκτρικό τόξο χρησιμοποιείται και στην βιομηχανία μετάλλων. Μία από τις εφαρμογές του είναι η κατασκευή φούρνων πολύ υψηλής θερμοκρασίας, για την τήξη μετάλλων. Η θερμοκρασία που αναπτύσσεται στον φούρνο κυμαίνεται από 1800 οC έως 3000 οC. Η λειτουργία του φούρνου αυτού βασίζεται στην εκκίνηση και συντήρηση ενός ηλεκτρικού τόξου. Από την στιγμή που ένα μέταλλο μπει μέσα στο τόξο αυτό, η θερμοκρασία που έχει δημιουργηθεί εξαιτίας του, λιώνει το μέταλλο. Τα πλεονεκτήματα τις καινούργιας αυτής μεθόδου έναντι της κλασικής με τον φούρνο που χρησιμοποιεί την φωτιά για να λιώσει το μέταλλο, είναι ότι η πρώτη είναι πιο οικονομική αφού η συντήρηση ενός ηλεκτρικού τόξου από την στιγμή που θα σταθεροποιηθεί δεν απαιτεί μεγάλα ποσά ενέργειας. Επιπλέον το μείγμα από λιωμένο μέταλλο που παίρνουμε είναι καθαρό από προσμίξεις άνθρακα, που χρησιμοποιείται για την συντήρηση της φωτιάς.

ΔΙΑΚΟΠΤΕΣ

Ο βασικός διακόπτης οικιακού ρεύματος αποτελείται από ένα διακόπτη, ο οποίος συνδέεται ή με ένα διμεταλλικό έλασμα ή με έναν ηλεκτρομαγνήτη. Το καλώδιο της φάσης συνδέεται με το ένα άκρο του διακόπτη. Επίσης περιλαμβάνει δύο επαφές μια σταθερή και μια κινητή. Στην κινητή επαφή είναι προσαρμοσμένος ένας μηχανισμός πίεσης, ο οποίος κρατάει συνδεδεμένες τις δύο επαφές. Με τον διακόπτη στην θέση «on», το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσα από τον ηλεκτρομαγνήτη στην κινητή επαφή και από τη σταθερή επαφή εξέρχεται από τον διακόπτη. Το ηλεκτρικό ρεύμα κάνει τον ηλεκτρομαγνήτη να λειτουργεί. Όσο μεγαλύτερη είναι η ένταση του ρεύματος τόσο μεγαλύτερο είναι το μαγνητικό πεδίο του ηλεκτρομαγνήτη. Στην περίπτωση όμως που θέλουμε να διακόψουμε ρεύματα μεγάλης τάσης (π.χ. σε μία συνοικία, σε μία πόλη κλπ), τότε πρέπει να χρησιμοποιηθούν ειδικοί διακόπτες. Οι ονομαζόμενοι «διακόπτες υψηλής τάσης» (αποζεύκτες, circuit breakers) είναι ειδικές διατάξεις που εξασφαλίζουν την διακοπή ενός κυκλώματος ισχύος, αφενός διαχωρίζοντας δυο επαφές και αφετέρου αποτρέποντας τη δημιουργία ηλεκτρικού τόξου μεταξύ των δύο αυτών επαφών.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Luxat, J.C., Lees, L.H. “Requirements for stable a.c. electric-arc discharges”, Electronics Letters, vol. 6, issue 9, 30/04/1970
http://greek_greek.enacademic.com/236552/τόξο_ηλεκτρικό
http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-71998-13553/unrestricted/Sec6.pdf
http://electronics.howstuffworks.com/circuit-breaker2.htm
http://www.electrical4u.com/electrical-circuit-breaker-operation-and-types-of-circuit-breaker/
http://science.howstuffworks.com/environmental/energy/plasma-converter.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_arc
http://www.quora.com/
http://www.howitworksdaily.com/science/question-of-the-day-what-is-an-electrical-arc/