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Titolo: arco elettrico

Da piccolo mi piaceva giocare con l'elettricità.
Utilizzando come carico resistivo una stufetta
elettrica messa in serie tra la rete elettrica e
due elettrodi, riuscivo ad ottenere degli archi elettrici:
di alcuni centimetri con elettrodi di grafite o carbonella
di legna (che poi finivano per incendiarsi)
Lo stesso giochetto non mi riusciva utilizzando
dei pezzi metallici (rame o ferro): in quel caso
ottenevo solo scintille di un millimetro al massimo.
Qualcuno saprebbe dirmi perchè ?
Nel vuoto cosa succederebbe ?
ciao.
-- 
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 ottenevo solo scintille di un millimetro al massimo.
non sono sicurissimo di quel che dico, ma provo a fare un 
ragionamento partendo due osservazioni empiriche abbastanza 
oggettive
premessa, uso una saldatrice e non il tuo sistema con resistenza 
(dato che essa provvede già a limitare l'assorbimento entro i 
2,5 KW e non fa saltare la luce in casa).
1) se uso un normale filo di ferro di un certo diametro per 
scoccare la scintilla accade quel che dici tu
2) se uso un elettrodo per saldare con anima in ferro di pari 
diametro, l'arco parte e si sostiene per un tempo indefinito 
(anche se non è molto lungo, dato che la tensione effettiva è 
intorno ai 50 volt mi pare, dovrei ricontrollare col tester)
Una prima differenza, penso non troppo importante, tra i due, è 
la natura isolante termica del rivestimento "minerale", che 
consente alla punta dell'elettrodo di rimanere a T più alta e 
quindi facilita l'innesco del plasma (però dovrei controllare 
anche se l'elettrodo è catodo o anodo, dato che nel primo caso 
sarebbe facilitato anche l'effetto termoelettronico, con 
emissione di e- favorita dalla maggiore temperatura di equilibro 
del sistema meglio isolato termicamente)
Una seconda e credo più importante differenza è la presenza di 
disossidanti e scorie che decompongono emettendo un'atmosfera 
non ossidante (in genere CO2) che inibisce o cmq ostacola la 
formazione di una patina di ossido metallico, diversamente 
rapidissima in condizioni di arroventamento o fusione incipiente.
Immagino quindi che un metallo non protetto in qualche modo 
dall'aria appena scocca la scintilla tenda a passivarsi 
superficialmente nel punto di maggior riscaldamento.
Nel caso del carbone il problema non sussiste perché i prodotti 
di ossidazione sono essenzialmente gassosi.
Probabilmente entrano in gioco altre variabili che non mi 
vengono in mente. Ad es., so che molti metalli hanno 
conducibilità che decresce con T, e che per i semiconduttori 
come Si e Ge accade il contrario ... ma non so collocare il 
carbone e la grafite tra questi gruppi. Qualcuno sa che 
coefficiente di temperatura ha il carbone/grafite ? La 
conducibilità migliora o peggiora scaldandolo ?
ciao
Soviet_Mario


 > Nel vuoto cosa succederebbe ?


 > Nel vuoto cosa succederebbe ?
l'argomento, forse, è troppo banale per un fisico ?
ciao, orsetto


 
La formazione ed il mantenimento dell'arco elettrico dipendono notevolmente
dal mezzo nel quale esso si sviluppa ed in secondo luogo anche dal
materiale che costituisce gli elettrodi. La ionizzazione del mezzo è quasi
completamente termica durante la fase di conduzione di corrente, la
temperatura dell'arco e delle zone limitrofe all'arco è molto elevata
(all'interno dell'arco si possono avere temperature dell'ordine dei
20000-30000°C). L'arco di fatto possiede esso stesso una resistenza R e
dissipa una parte consistente di energia per effetto Joule (vedi
l'equazione di Mayr). Un fenomeno di ionizzazione secondaria si presenta in
prossimità dello zero di corrente (se si tratta di arco elettrico
alimentato da una corrente sinusoidale) dove questo fenomeno avviene ad
opera degli elettroni che vengono accelerati dal campo elettrico fino a
raggiungere una velocità sufficiente a provocare la ionizzazione per urto.
Inoltre l'arco viene alimentato dagli ioni dovuti alla sublimazione del
materiale costituente i due contatti/elettrodi a causa delle elevate
temperature e pressioni che si manifestano alle due radici dell'arco stesso
che costituiscono zone a forte densità di corrente, ecco perché vi è una
differenza tra contatti di carbone e quelli di ferro. Nel vuoto, mancando
il mezzo gassoso, non avverrebbe la ionizzazione (termica e per urto) del
gas e di conseguenza l'arco è alimentato solamente dal materiale asportato
dai contatti e dagli elettroni che vengono "strappati" dal campo elettrico.
Per quanto riguarda gli elettrodi, anche la loro forma è importante: questa
determina una "maggiore" o "minore" disuniformità del campo elettrico (vedi
coppie di elettrodi punta-piano, sfera-sfera o punta-punta) con valori del
gradiente più o meno elevati. Il fenomeno dell'arco è di importanza vitale
nella progettazione e realizzazione poi degli "interruttori" per alte
tensioni. Questi dispositivi utilizzano vari metodi per sopprimere l'arco
quando si manifesta agendo, in genere, sull'energia prodotta dall'arco
stesso. Contrariamente a quanto si può pensare l'arco elettrico non è un
fenomeno completamente negativo bensì un "male necessario" soprattutto
nell'evoluzione dei fenomeni correlati all'interruzione di circuiti
elettrici.
Angelo Rossi