Avez-vous besoin d'une haute tension ou d'un courant pour produire une étincelle?

Une étincelle électrique peut se former lorsqu'il y a une énergie potentielle élevée entre deux conducteurs, non? Ma question est la suivante: une étincelle peut-elle se former avec un courant élevé et une basse tension ou seulement vice-versa?

Vous avez besoin d'une haute tension pour produire une étincelle dans l'air.

Il existe deux façons d'obtenir une haute tension. L'une consiste à faire une haute tension intentionnellement.

L'autre est que vous pouvez obtenir une haute tension involontairement en coupant un grand courant dans un circuit inductif. Comme tous les conducteurs sont inductifs dans une certaine mesure, un courant suffisamment élevé traversant un interrupteur d'ouverture va créer une étincelle lorsque les contacts s'ouvrent et essaient d'arrêter le courant. Fournir une ampoule de phare à partir d'une batterie 12v via des câbles de saut, puis en retirer une fera généralement une étincelle lorsque la connexion s'ouvre.

Avant l'étincelle, il n'y a pas de courant du tout, seulement une tension (différence de potentiel) entre deux points.

La décharge d'arc se produit lorsque la tension est suffisamment élevée pour combler l'écart, puis continue lorsque les conducteurs sont séparés jusqu'à ce que le plasma se dissipe. Cela dépend de la taille de l'écart; vous pouvez facilement tirer des étincelles visibles d'une alimentation 12V en frottant certains conducteurs ensemble. De minuscules arcs se forment à travers les quelques microns d'espace entre les surfaces qui ne sont pas parfaitement plates.

Une fois qu'un arc est frappé, c'est un assez bon conducteur, donc la tension aux bornes de celui-ci va baisser et le courant augmente jusqu'à ce qu'il soit limité par le reste du système.

Les générateurs Van der Graff et les systèmes similaires "d'électricité statique" sont en fait des condensateurs chargés à d'énormes tensions qui produisent un courant assez élevé pendant une durée extrêmement courte. Cela leur permet de produire de longues étincelles brèves.

Inversement, les soudeurs à l'arc fonctionnent avec des tensions relativement faibles, peut-être aussi basses que 20 V, mais des courants extrêmement élevés (des centaines ou des milliers d'ampères). Cela nécessite une distance très courte - vous devez toucher le matériau à souder avec l'électrode.

Tout dépend de la façon dont vous définissez une étincelle. Si la combustion de particules métalliques compte comme une étincelle, vous pouvez en créer une à très basse tension. Le court-circuitage d'une pile AA de 1,5 V crée de telles étincelles qui peuvent être facilement vues. Ce dont vous avez besoin ici, c'est d'un courant suffisant pour faire fondre le métal, généralement des courants d'au moins 1..5 A sont nécessaires pour que les étincelles soient observables à la lumière du jour.

Si nous parlons d'arcs électriques entre des électrodes fixes, vous devez remplir les conditions de la loi de Paschen qui concerne la tension, la pression et la distance entre les électrodes. Dans l'air à la pression atmosphérique, vous avez besoin d'au moins 327 V pour créer un arc soutenu sur une distance de 7,5 µm. Fait intéressant, la réduction de la distance ne fera qu'augmenter la tension, car les ions doivent parcourir une certaine distance avant de gagner suffisamment d'énergie pour créer une émission d'électrons secondaires lors de l'impact avec la cathode.

Si vous pouvez toucher des électrodes pour allumer initialement l'arc (en faisant fondre le métal avec des courants élevés comme décrit ci-dessus), puis les démonter, vous pouvez obtenir un arc assez important avec des tensions plus faibles. C'est ainsi que fonctionne le soudage à l'arc. Vous avez besoin à la fois d'une tension et d'un courant élevé pour maintenir de tels arcs, la tension étant à peu près proportionnelle à la longueur de l'arc. Les tensions de soudage typiques sont de 12 à 36 V, ce qui est suffisant pour créer un arc de plusieurs mm.

Réponse en physique appliquée # 2

Avez-vous besoin d'une haute tension ou d'un courant pour produire une étincelle?

qu'est-ce qu'une étincelle? :

La lumière émise par une étincelle ne provient pas du courant des électrons lui-même, mais du milieu matériel fluorescent en réponse aux collisions des électrons. Lorsque les électrons entrent en collision avec des molécules d'air dans l'espace, ils excitent leurs électrons orbitaux à des niveaux d'énergie plus élevés. Lorsque ces électrons excités retombent à leur niveau d'énergie d'origine, ils émettent de l'énergie sous forme de lumière. Il est impossible qu'une étincelle visible se forme dans le vide. Sans matière intermédiaire capable de transitions électromagnétiques, l'étincelle sera invisible (voir arc sous vide)

L'énergie d'étincelle peut être très faible en raison de la densité extrêmement élevée d'une surface extrêmement petite. L'exponentielle du champ de charge augmente avec une force croissante dans la direction où elle se déplace. Entrer en collision avec une charge similaire stationnaire ne se touche jamais mais est rapidement repoussé pour dévier son chemin et se ramifier souvent dans deux chemins différents et continuer vers la cible de polarité opposée.

Étant donné que la vitesse de la charge en mouvement est très lente dans les conducteurs (voir vitesse de dérive), sa surface peut être aussi petite que les molécules chargées qui accélèrent vers une polarité de charge opposée en micro à millisecondes. Une fois que la cible du conducteur est atteinte, le mécanisme ci-dessus, tel que défini, se produit, qui se produit en pico à nanosecondes et dure jusqu'à ce que l'énergie stockée soit dissipée dans l'air.

Expérience au moment de Noël
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Nous avions l'habitude d'obtenir des guirlandes d'arbres de Noël which qui sont en plastique métallisé comme des bouchons en plastique mais s'étirent comme une courte chaîne de 40 cm. Il pouvait pointer horizontalement vers le téléviseur à partir d'une distance de 1 m et s'étirer en se rapprochant puis zapper lorsque la BDV d'air ~ 1 kV / mm du clinquant était dépassée autour de 2 ~ 4 cm. Cela a confirmé mon estimation de la tension de charge. Pourtant, l'étincelle pouvait à peine être ressentie avec probablement un Amp circulant dans une nanoseconde.

C'est l' air qui fait exploser et non les conducteurs. Mais l'écart de courant est si petit que l'électrode de soudage et la cible fondent à partir du gaz chaud plasma aux deux extrémités.
Le milieu de plasma chaud devient un conducteur thermique et électrique surchauffé et un milieu porteur pour le transfert du gaz d'électrode et des particules pour s'écouler et souder le métal cible.

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La même étincelle peut être créée à partir de 5 microjoules d'énergie inductive de rupture stockées dans une coupure spontanée à haute tension si la coupure peut être beaucoup plus rapide que la vitesse de dérive dans le conducteur. —-

Une propriété de tous les isolateurs haute tension tels que l'air est qu'ils sont diélectriques, ce qui est une constante proportionnelle de la capacité de charge. Nous normalisons la perméabilité de tous les autres diélectriques tels que l'air qui est également très proche de 1,0 de vide.

Oui, un vide a une impédance électromagnétique qui se décompose également à des niveaux beaucoup plus élevés dans l'espace à moins qu'il n'y ait un flux ionique de vents solaires ou pire, un effet Carrington »

Tous les diélectriques sont également des isolants électriques et la plupart sont également des isolants thermiques, à l'exception des fluides comme l'huile.

Tous les isolateurs ont une tension de claquage, même si l'air a tendance à abaisser le seuil de barrière en kV / mm à claquage en raison de contaminants chargés mobiles qui entrent en collision et créent une condition d'avalanche ou une «décharge Townsend», elle peut être bien pire ou inférieure avec une aspirer jusqu'à ce que les particules soient si peu nombreuses qu'il n'y en a pas pour entrer en collision, faire une avalanche et faire circuler le courant. Faraday a caractérisé cet arc avec un grand nombre d'expériences, à tel point qu'il a inspiré Paschen à développer l'équation de la pression atmosphérique vs seuil de claquage et à en inspirer beaucoup d'autres, y compris Maxwell qui a lu toutes les expériences de Faraday et leur a accordé plus d'attention que les grands mathématiciens allemands comme Gauss qui a insisté sur les effets d'une charge à distance, mais avait de grandes propriétés mathématiques, quand il y avait clairement plus d'effets à courte portée.

Nous savons qu'il existe essentiellement 3 propriétés de charge, conducteurs, isolants et semi-conducteurs. Surprise! L'air devient un semi-conducteur une fois que la tension de démarrage est atteinte pour provoquer une étincelle, aussi petite soit-elle. Nous appelons cela dans le secteur des services publics d'électricité Tension de démarrage de décharge partielle ou PDIV, qui n'est qu'un test d'usine facultatif avant la tension de claquage.

Attendez une minute s'il s'agit d'un semi-conducteur, peut-on en faire un TRANSISTOR ! Car l'effet d'avalanche sur un gaz est une résistance négative?

Non, mais vous pouvez en faire un tube à vide et utiliser un gaz inerte pour éviter l'oxydation, puis vous avez un tube à gaz "semi-conducteur" Mais l'arc n'est pas bon pour les tubes à vide audio, vous utilisez donc la résistance négative ou le gain gm rendu plus sensible à la chaleur puis HV le polarise bien en dessous de l'effet corona bleu qui se produit à partir de la vieillesse (en raison de la contamination des électrodes aux gaz) la corona est la lumière visible mais lorsque l'intérieur des composants avant la tension de claquage (BDV) nous l'appelons décharge partielle (PD) ps Il y a environ 10 mille thèses de doctorat sur Microsoft Academics ou Google Scholar sur ce seul sujet.

Autre que le seuil change quelque peu linéaire avec écart sauf à des extrémités comme 50 um ou 50 km alors il est moins linéaire.

Mais pour des raisons pratiques, n'oubliez pas 1 kV / mm ou 10 kV / cm pour les conducteurs coupants et environ 3 fois cette quantité pour les surfaces planes lisses.

Pour se comporter comme un TRIAC avec un seuil de 1,3 V, l'écart devrait commencer à zéro comme pour retirer la fiche d'un moteur et un long arc peut être tracé jusqu'à ce que le seuil inférieur de maintien du courant ou d'une autre force sur l'air brise la connexion .

Les TRIACS ont également un seuil de courant de maintien pour le courant continu, même si nous considérons toujours le prochain «passage à zéro» du courant alternatif comme l'heure de coupure.

CONTACTS --

Pour cette raison, les contacts CC dans les relais doivent être déclassés pour le courant avec des charges inductives car le RÉSULTAT du courant d'arc de coupure peut atteindre plus de 6000 ° C dans l'air en raison de la teneur en oxygène et en hydrogène.

Finalement --

Réponse simple:

Oui ET Non à la fois à la tension et au courant. Vous pouvez faire une étincelle avec une haute tension ou un courant OU une basse tension ou un courant,

Expérience

Même à partir d'une cellule de batterie AA ou mieux, une cellule LiPo avec un «transformateur MOT» attirera un grand arc lorsqu'elle est déconnectée, mais elle est toujours basse tension à travers l'arc, mais très haute tension juste avant le début de l'arc car les contacts secs se cassent très rapidement ( dt en ns) et nous connaissons V = LdI / dt mais avons un rebond de contact **

Vous ne pouvez pas initier un arc mais vous pouvez étirer un grand arc avec ce qui précède après avoir chargé le courant pendant quelques secondes sur le primaire

S'ils sont déjà conducteurs, la création d'un espace isolant dans certains diélectriques comme l'air, le SF6 ou l'huile prend du temps pour que les électrons soient excités et sautent à travers l'espace (microsecondes), mais ils se transforment ensuite en mode semi-conducteur et arc en picosecondes à microsecondes selon le temps de montée si nous parlons d'un vide ou d'un contaminant dans un capuchon en plastique en Y ou un câble d'alimentation XLPE HVAC ou une particule de poussière dans l'huile ou de l'air humide sur une bague HV en verre ou un éclair. Tout comme les triacs et les diodes tunnel et les protecteurs de tubes à gaz, ils ont une faible résistance négative qui dépend de la densité de courant. Ce qui les rend également utiles pour les oscillateurs générant de l'arc à haute tension comme Tesla l'a découvert et les émetteurs comme Marconi l'a découvert et Faraday a fait toutes ces expériences il y a des siècles.