Hồ quang điện – hiện tượng vật lý được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống. Vậy thực chất hồ quang điện là gì? Nguyên nhân xảy ra là do đâu? Hay hồ quang điện có tác hại gì? Hãy cùng với chúng tôi tìm hiểu chi tiết về hiện tượng này nhé!
Contents
Hồ quang điện là gì?
Lý thuyết hồ quang điện
Hồ quang điện chính là quá trình phóng điện xảy ra trong chất khí ở áp suất thấp đến áp suất trung bình giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn nhưng lại có cường độ dòng điện cực lớn (hay U nhỏ và I lớn).
Hồ quang điện được coi là một dạng đặc biệt của plasma, được tạo ra bằng sự trao đổi điện tích liên tục, sản sinh ra ánh sáng có thể nhìn thấy được và tỏa nhiệt rất mạnh. Đặc trưng của hồ quang điện chính là sự phóng điện phát sáng và sự phát sáng đó phụ thuộc hoàn toàn vào sự phát xạ nhiệt của electron từ hai điện cực.
Dòng điện khi đi qua chất khí giữa hai cực chủ yếu là dòng electron. Nó sẽ đi từ cathode đến anode, một phần trong đó là dòng ion dương sẽ đi từ anode đến cathode. Các ion âm và electron với số lượng quá nhiều tới đập vào anode và làm cho anode nóng lên ( nhiệt độ có thể lên đến 3500℃). Từ đó, anode phát sáng mạnh và tỏa lượng nhiệt vô cùng nhiều tại đó làm cho hầu hết vật liệu bị nóng chảy và thậm chí là bay hơi. Bởi chất khí giữa 2 cực ở nhiệt độ cao nên nó đã bị ion hóa và trở nên dẫn điện tốt. Từ đó làm cho điện trở của khí trong xung quanh hồ quang điện rất nhỏ. Cường độ dòng điện trong mạch sẽ rất lớn, có thể đạt hàng trăm ampe và gây nguy hiểm nếu như có người ở bên cạnh.
Đặc điểm của hồ quang điện
– Hồ quang điện chỉ xảy ra khi ở dòng điện có trị số lớn.
– Trung tâm của hồ quang điện có nhiệt độ rất lớn, nhiệt độ trong các khí cụ từ 6000 ÷ 80000K.
– Mật độ của dòng điện lớn, từ 104 ÷ 105 A/cm2.
– Sụt áp ở cathode thường từ 10 ÷ 20V và nó không phụ thuộc vào dòng điện.
Các nguyên nhân gây ra hồ quang điện
Điều kiện để có thể sinh ra hồ quang điện chính là chất khí giữ ở nhiệt độ cao của catot. Catot sẽ tạo ra hiện tượng phát xạ nhiệt electron. Có rất nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng này, có thể kể đến như:
– Dây dẫn điện được đặt gần nhau với các dòng sự cố chảy qua chúng. Lúc này quá trình ion hóa không khí có thể xảy ra làm cho đường sức cản thấp và dòng điện sẽ chạy qua khe hở không khí giữa các dây dẫn.
– Một số nguyên nhân khác gây ra hồ quang điện như: chạm vào bề mặt sai bằng đầu dò thử nghiệm; cài đặt hoặc sử dụng dụng cụ chưa đúng; tắc nghẽn bảng ngắt kết nối; hỏng cách điện, khe hở, hao mòn; kết nối bị lỏng lẻo; bảo dưỡng cầu dao, công tắc chưa đúng; thiết bị điện tác dụng với nước, độ ẩm…
Cách tạo ra hồ quang điện là gì?
Quá trình phát sinh
Tiếp điểm có dòng điện nhỏ và khoảng cách ban đầu giữa 2 cực cũng rất nhỏ. Khi điện áp đặt có trị số nhất định thì sẽ sinh ra điện trường có cường độ lớn trong khoảng không gian nhỏ này và điện tử từ cathode có thể bật. Hiện tượng này còn được gọi là phát xạ tự động điện tử hay phát xạ điện nguội. Khi số điện tử này ngày càng tăng thì chuyển động dưới tác dụng của điện trường sẽ làm ion hóa không khí và gây nên hiện tượng hồ quang điện.
Tiếp điểm có dòng điện lớn hơn thì quá trình phát sinh hồ quang điện này sẽ phức tạp hơn. Ban đầu, khi mở tiếp điểm thì lực ép giữa chúng có trị số khá nhỏ nên số tiếp điểm tiếp xúc để dòng điện đi qua sẽ ít. Sự tăng đáng kể của mật độ các hạt electron có trong dòng điện có thể lên tới hàng chục nghìn A/cm2 tại các tiếp điểm. Sau đó là sự bốc hơi và hồ quang điện xuất hiện trong không gian giữa 2 tiếp điểm.
Quá trình dập tắt
Quá trình này cần những điều kiện ngược lại so với quá trình phát sinh hồ quang, cụ thể như sau:
– Hạ nhiệt độ hồ quang bằng cách sử dụng dầu làm nguội hoặc là dầu khí; sử dụng vách ngăn giúp hồ quang cọ xát.
– Kéo dài hồ quang với cách sử dụng vách chia thành nhiều phần nhỏ rồi sau đó thổi khí dập tắt.
Cách hồ quang điện hoạt động
Hồ quang điện nhờ khả năng đặc biệt của mình mà đã có mặt trong nhiều ứng dụng kỹ thuật. Nhờ nhiệt độ cao các cặp điện cực mà người ta áp dụng hồ quang điện trong việc hàn điện. Tức là, mỗi cực của hồ quang điện chính là 1 thanh kim loại cần hàn cho vật phía dưới hay còn được gọi là que hàn. Do nhiệt độ cao nhờ sự trao đổi giữa 2 cực nên que hàn sẽ nóng chảy và lấp những chỗ cần hàn lên tấm kim loại.
Tia hồ quang có sức mạnh rất lớn tỏa ra các ánh sáng từ hồng ngoại cho tới tia cực tím. Khi chúng ta nhìn vào thì ánh sáng này quá mạnh nên sẽ làm cho các tế bào tiếp nhận ánh sáng hoạt động quá công suất. Từ đó dẫn tới tình trạng đau mắt gần giống như hiện tượng nhìn vào mặt trời ngày nắng gắt. Nếu như chúng ta không trang bị bảo hộ mặt trong quá trình hàn thì có thể làm bong da mặt bởi tia hồng ngoại của hồ quang điện phát ra.
Tác hại của hồ quang điện là gì?
Ảnh hưởng đến các thiết bị điện
Hiện tượng phóng hồ quang điện sẽ làm cho các thiết bị điện bị hư hại. Nguyên nhân là do sự thay đổi điện áp một cách đột ngột dẫn tới ngắn mạch hệ thống cục bộ. Cụ thể: Tiếp điểm của thiết bị sẽ bị đánh mòn, hỏng hóc dưới nền nhiệt tăng cực cao.
Vì vậy phải thay thế các thiết bị sử dụng đóng cắt mạch điện hàng năm nhất là những thiết bị phải chịu cường độ dòng điện lớn thường xuyên.
Ảnh hưởng tới con người
Phòng hồ quang điện có thể gây ra tình trạng cháy nổ, hỏa hoạn làm ảnh hưởng tới sức khỏe và tính mạng của con người.
Tia hồ quang điện sở hữu sức mạnh rất lớn. Khi chúng ta nhìn vào thì tia hồ quang sẽ làm chết các tế bào niêm mạc mắt và dẫn tới đau mắt hàn. Nếu như không trang bị đầy đủ đồ bảo hộ trong quá trình hàn thì có thể gây bong da.
Cách phòng ngừa hồ quang điện
Để tránh tình trạng hồ quang điện gây ảnh hưởng tiêu cực đến thiết bị cũng như con người thì bạn có thể tham khảo một số cách phòng tránh dưới đây:
– Bảo vệ thiết bị: Sử dụng dây dẫn có cách điện tốt, khả năng chịu tải lớn. Các thiết bị điện có chất lượng tốt, bền bỉ được làm từ nguyên vật liệu có độ bền cao. Đặc biệt bạn cần trang bị cho hệ thống điện lưới của mình các thiết bị đóng ngắt và bảo vệ mạch tự động như: aptomat, cầu dao MCB, RCBO…
– Bảo vệ con người: Khi tiếp xúc với hồ quang điện bạn cần trạng bị đầy đủ đồ bảo hộ như đeo mặt nạ, sử dụng quạt gió để tránh các tác nhân độc hại tác động đến sức khỏe…
Ứng dụng của hồ quang điện
Hiện tượng hồ quang điện được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau như:
– Ứng dụng công nghệ hàn hồ quang điện để nối hoặc là tháo rời các chi tiết bằng nguồn điện, nguồn nhiệt này chính là hồ quang điện.
– Sử dụng hồ điện quang để nung chảy các loại vật liệu bằng kim loại như: vàng, nhôm, bạc, thiếc, sắt…
– Ứng dụng của hồ quang điện trong chiếu sáng với các sản phẩm bóng đèn nhờ khả năng phát quang cực mạnh, giúp cung cấp ánh sáng cho nhiều không gian khác nhau…
– Sử dụng hồ quang điện trong các ngành cơ khí, chế tạo máy móc hay các thiết bị điện như: rơ le, aptomat, cầu dao…
Như vậy bạn đã biết được hồ quang điện là gì rồi đúng không nào? Có thể nói hồ quang điện mang đến các mặt lợi và mặt hại khác nhau với nhiều ứng dụng đa dạng trong thực tế. Hy vọng bài viết này sẽ giúp bạn có thêm những kiến thức hay và bổ ích!
