ვოლტაური რკალის მახასიათებლებზე საუბრისას, აღსანიშნავია, რომ მას აქვს უფრო დაბალი ძაბვა, ვიდრე მბზინავი გამონადენი და ეყრდნობა ელექტრონების თერმიონულ გამოსხივებას, რომლებიც მხარს უჭერენ რკალს. ინგლისურენოვან ქვეყნებში ეს ტერმინი ითვლება არქაულად და მოძველებულად.
რკალის ჩახშობის ტექნიკა შეიძლება გამოყენებულ იქნას რკალის ხანგრძლივობის ან რკალის გაჩენის ალბათობის შესამცირებლად.
1800-იანი წლების ბოლოს ვოლტაური რკალი ფართოდ გამოიყენებოდა საზოგადოებრივი განათებისთვის. ზოგიერთი დაბალი წნევის ელექტრული რკალი გამოიყენება მრავალ აპლიკაციაში. მაგალითად, განათებისთვის გამოიყენება ფლუორესცენტური ნათურები, ვერცხლისწყლის, ნატრიუმის და მეტალის ჰალოიდური ნათურები. ქსენონის რკალის ნათურები გამოიყენებოდა კინოპროექტორებისთვის.
ვოლტაური რკალის გახსნა
მიჩნეულია, რომ ეს ფენომენი პირველად აღწერა სერ ჰამფრი დევის მიერ 1801 წლის სტატიაში, რომელიც გამოქვეყნდა უილიამ ნიკოლსონის ჟურნალში ბუნებრივი ფილოსოფიის, ქიმიისა და ხელოვნების ჟურნალში. თუმცა, დევის მიერ აღწერილი ფენომენი არ იყო ელექტრული რკალი, არამედ მხოლოდ ნაპერწკალი. მოგვიანებით მკვლევარებიწერდა: „ეს აშკარად არის არა რკალის, არამედ ნაპერწკლის აღწერა. პირველის არსი ის არის, რომ ის უნდა იყოს უწყვეტი და მისი პოლუსები არ უნდა ეხებოდეს გაჩენის შემდეგ. სერ ჰამფრი დევის მიერ შექმნილი ნაპერწკალი აშკარად არ იყო უწყვეტი და მიუხედავად იმისა, რომ იგი დამუხტული დარჩა ნახშირბადის ატომებთან კონტაქტის შემდეგ გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, სავარაუდოდ არ არსებობდა რკალის კავშირი, რაც აუცილებელია მისი კლასიფიკაციისთვის, როგორც ვოლტაური.
იმავე წელს, დევიმ საჯაროდ აჩვენა ეფექტი სამეფო საზოგადოების წინაშე, ელექტრული დენის გავლით ნახშირბადის ორ შეხებით ღეროზე და შემდეგ მათ ერთმანეთისგან მცირე მანძილზე დაშორებით. დემონსტრირებამ აჩვენა "სუსტი" რკალი, რომელიც ძნელად გამოირჩეოდა სტაბილური ნაპერწკალისგან, ნახშირის წერტილებს შორის. სამეცნიერო საზოგადოებამ მას მიაწოდა 1000 ფირფიტისგან შემდგარი უფრო ძლიერი ბატარეა და 1808 წელს მან აჩვენა ვოლტაური რკალის წარმოქმნა დიდი მასშტაბით. მას ასევე მიაწერენ მის სახელს ინგლისურად (ელექტრული რკალი). მან მას რკალი უწოდა, რადგან ის იღებს აღმავალი მშვილდის ფორმას, როდესაც ელექტროდებს შორის მანძილი ახლოვდება. ეს გამოწვეულია ცხელი აირის გამტარ თვისებებით.
როგორ გაჩნდა ვოლტაური რკალი? პირველი უწყვეტი რკალი დამოუკიდებლად ჩაიწერა 1802 წელს და აღწერა 1803 წელს, როგორც "სპეციალური სითხე ელექტრული თვისებებით" რუსმა მეცნიერმა ვასილი პეტროვმა, რომელიც ექსპერიმენტებს ატარებდა 4200 დისკიანი სპილენძ-თუთიის ბატარეაზე.
შესწავლა
მეცხრამეტე საუკუნის ბოლოს ვოლტაური რკალი ფართოდ იყოგამოიყენება საზოგადოებრივი განათებისთვის. ელექტრული რკალის ტენდენცია ციმციმისა და ჩურჩულისკენ იყო მთავარი პრობლემა. 1895 წელს ჰერტა მარქს აირტონმა დაწერა ნაშრომების სერია ელექტროენერგიის შესახებ, სადაც განმარტა, რომ ვოლტაური რკალი იყო ჟანგბადის შეხების შედეგი ნახშირბადის ღეროებთან, რომლებიც გამოიყენებოდა რკალის შესაქმნელად.
1899 წელს, ის იყო პირველი ქალი, რომელმაც საკუთარი ნაშრომი მისცა ელექტრო ინჟინერთა ინსტიტუტს (IEE). მის მოხსენებას ერქვა "ელექტრული რკალის მექანიზმი". ცოტა ხნის შემდეგ აირტონი აირჩიეს ელექტრო ინჟინრების ინსტიტუტის პირველ ქალ წევრად. შემდეგი ქალი ინსტიტუტში უკვე 1958 წელს ჩაირიცხა. აირტონმა მოითხოვა ნაშრომის წაკითხვა სამეფო საზოგადოების წინაშე, მაგრამ ამის უფლება არ მისცეს მისი სქესის გამო, ხოლო ელექტრული რკალის მექანიზმი მის ნაცვლად წაიკითხა ჯონ პერიმ 1901 წელს.
აღწერა
ელექტრული რკალი არის ელექტრული გამონადენის ტიპი, რომელსაც აქვს ყველაზე მაღალი დენის სიმკვრივე. რკალში გატარებული მაქსიმალური დენი შემოიფარგლება მხოლოდ გარემოთი და არა თავად რკალით.
რკალი ორ ელექტროდს შორის შეიძლება დაიწყოს იონიზაციით და მბზინავი გამონადენით, როდესაც ელექტროდებში დენი გაიზრდება. ელექტროდის უფსკრულის დაშლის ძაბვა არის წნევის, ელექტროდებს შორის მანძილისა და ელექტროდების მიმდებარე გაზის ტიპის კომბინირებული ფუნქცია. როდესაც რკალი იწყება, მისი ტერმინალური ძაბვა გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე მბზინავი გამონადენის ძაბვა და დენი უფრო მაღალია. ატმოსფერული წნევის მახლობლად აირებში რკალი ხასიათდება ხილული სინათლით,მაღალი დენის სიმკვრივე და მაღალი ტემპერატურა. ის განსხვავდება მბზინავი გამონადენისგან იმით, რომ ელექტრონების და დადებითი იონების ეფექტური ტემპერატურა დაახლოებით იგივეა, ხოლო კაშკაშა გამონადენის დროს იონებს აქვთ გაცილებით დაბალი თერმული ენერგია, ვიდრე ელექტრონები.
შედუღებისას
გაგრძელებული რკალი შეიძლება დაიწყოს ორი ელექტროდის მიერ, რომლებიც თავდაპირველად კონტაქტში იყო და ექსპერიმენტის დროს გამოეყო. ამ მოქმედებამ შეიძლება გამოიწვიოს რკალი მაღალი ძაბვის სიკაშკაშის გამონადენის გარეშე. ამ გზით შემდუღებელი იწყებს სახსრის შედუღებას შედუღების ელექტროდის სამუშაო ნაწილზე მყისიერი შეხებით.
კიდევ ერთი მაგალითია ელექტრული კონტაქტების გამოყოფა გადამრთველებზე, რელეებზე ან ამომრთველებზე. მაღალი ენერგიის წრეებში შესაძლოა საჭირო გახდეს რკალის ჩახშობა კონტაქტის დაზიანების თავიდან ასაცილებლად.
ვოლტაური რკალი: მახასიათებლები
ელექტრული წინააღმდეგობა უწყვეტი რკალის გასწვრივ ქმნის სითბოს, რომელიც იონიზებს მეტ გაზის მოლეკულას (სადაც იონიზაციის ხარისხი განისაზღვრება ტემპერატურის მიხედვით) და ამ თანმიმდევრობის შესაბამისად, გაზი თანდათან გადაიქცევა თერმულ პლაზმად, რომელიც თერმულ წონასწორობაშია. რადგან ტემპერატურა შედარებით თანაბრად ნაწილდება ყველა ატომზე, მოლეკულაზე, იონსა და ელექტრონზე. ელექტრონების მიერ გადაცემული ენერგია სწრაფად იშლება უფრო მძიმე ნაწილაკებთან ელასტიური შეჯახების შედეგად მათი მაღალი მობილურობისა და დიდი რიცხვის გამო.
რკალში დენი მხარდაჭერილია ელექტრონების თერმიონული და ველის გამოსხივებით კათოდში. მიმდინარეშეიძლება კონცენტრირებული იყოს კათოდზე ძალიან პატარა ცხელ წერტილში - კვადრატულ სანტიმეტრზე მილიონი ამპერის ოდენობით. მბზინავი გამონადენისგან განსხვავებით, რკალის სტრუქტურა ძნელად გამოირჩევა, რადგან დადებითი სვეტი საკმაოდ კაშკაშაა და ვრცელდება თითქმის ელექტროდებამდე ორივე ბოლოში. კათოდის ვარდნა და ანოდის ვარდნა რამდენიმე ვოლტით ხდება თითოეული ელექტროდის მილიმეტრის ფრაქციაში. დადებით სვეტს აქვს დაბალი ძაბვის გრადიენტი და შეიძლება არ იყოს ძალიან მოკლე რკალებში.
დაბალი სიხშირის რკალი
დაბალი სიხშირე (100 ჰც-ზე ნაკლები) AC რკალი ჰგავს DC რკალს. თითოეულ ციკლში რკალი იწყება ავარიით და ელექტროდები ცვლიან როლებს, როდესაც დენი ცვლის მიმართულებას. როგორც დენის სიხშირე იზრდება, არ არის საკმარისი დრო იონიზაციისთვის დივერგენციის დროს ყოველ ნახევარ ციკლში და ავარია აღარ არის საჭირო რკალის შესანარჩუნებლად - ძაბვისა და დენის მახასიათებელი უფრო ომური ხდება.
ადგილი სხვა ფიზიკურ მოვლენებს შორის
სხვადასხვა რკალი არის არაწრფივი დენის და ელექტრული ველის შაბლონების წარმოშობის თვისებები. რკალი წარმოიქმნება გაზით სავსე სივრცეში ორ გამტარ ელექტროდს შორის (ხშირად ვოლფრამი ან ნახშირბადი), რაც იწვევს ძალიან მაღალ ტემპერატურას, რომელსაც შეუძლია მასალების უმეტესობის დნობა ან აორთქლება. ელექტრული რკალი არის უწყვეტი გამონადენი, ხოლო მსგავსი ელექტრული ნაპერწკალი მყისიერია. ვოლტაური რკალი შეიძლება მოხდეს როგორც DC სქემებში, ასევე AC სქემებში. ამ უკანასკნელ შემთხვევაში, მას შეუძლიადაარტყით დენის ყოველ ნახევარ ციკლს. ელექტრული რკალი განსხვავდება მბზინავი გამონადენისგან იმით, რომ დენის სიმკვრივე საკმაოდ მაღალია და რკალში ძაბვის ვარდნა დაბალია. კათოდზე დენის სიმკვრივე შეიძლება მიაღწიოს ერთ მეგაამპერს კვადრატულ სანტიმეტრზე.
დესტრუქციული პოტენციალი
ელექტრო რკალს აქვს არაწრფივი კავშირი დენსა და ძაბვას შორის. მას შემდეგ, რაც რკალი იქმნება (ანთების გამონადენიდან პროგრესირებით, ან ელექტროდებზე მომენტალურად შეხებით და შემდეგ მათი განცალკევებით), დენის მატება იწვევს რკალის ტერმინალებს შორის ძაბვის შემცირებას. ეს უარყოფითი წინააღმდეგობის ეფექტი მოითხოვს, რომ გარკვეული ფორმის დადებითი წინაღობა (როგორიცაა ელექტრული ბალასტი) განთავსდეს წრედში სტაბილური რკალის შესანარჩუნებლად. ეს თვისება არის ის, რაც იწვევს მანქანაში უკონტროლო ელექტრული რკალების დამანგრეველობას, რადგან რკალი წარმოიქმნება უფრო და უფრო მეტ დენს DC ძაბვის წყაროდან მოწყობილობის განადგურებამდე.
პრაქტიკული აპლიკაცია
სამრეწველო მასშტაბით, ელექტრო რკალი გამოიყენება შედუღებისთვის, პლაზმური ჭრისთვის, ელექტრული გამონადენის დამუშავებისთვის, როგორც რკალის ნათურა კინოპროექტორებში და განათებაში. ელექტრული რკალის ღუმელები გამოიყენება ფოლადის და სხვა ნივთიერებების წარმოებისთვის. კალციუმის კარბიდი მიიღება ამ გზით, რადგან ენდოთერმული რეაქციის მისაღწევად (2500 ° C ტემპერატურაზე) დიდი რაოდენობითენერგია.
ნახშირბადის რკალის განათება იყო პირველი ელექტრო განათება. ისინი გამოიყენებოდა ქუჩის ნათურებისთვის მე-19 საუკუნეში და სპეციალიზებული მოწყობილობებისთვის, როგორიცაა პროჟექტორები მეორე მსოფლიო ომამდე. დღეს დაბალი წნევის ელექტრული რკალი გამოიყენება ბევრ სფეროში. მაგალითად, ფლუორესცენტური, ვერცხლისწყლის, ნატრიუმის და მეტალის ჰალოიდური ნათურები გამოიყენება განათებისთვის, ხოლო ქსენონის რკალის ნათურები კინოპროექტორებისთვის.
ინტენსიური ელექტრული რკალის ფორმირება, როგორც მცირე ზომის რკალის ციმციმი, ფეთქებადი დეტონატორების საფუძველია. როდესაც მეცნიერებმა შეიტყვეს, რა არის ვოლტაური რკალი და როგორ შეიძლება მისი გამოყენება, ეფექტურმა ასაფეთქებელმა ნივთიერებებმა შეავსო მსოფლიო იარაღის მრავალფეროვნება.
მთავარი დარჩენილი აპლიკაცია არის მაღალი ძაბვის გადამრთველი გადამცემი ქსელებისთვის. თანამედროვე მოწყობილობები ასევე იყენებენ მაღალი წნევის გოგირდის ჰექსაფტორიდს.
დასკვნა
მიუხედავად ვოლტაური რკალის დამწვრობის სიხშირისა, იგი ითვლება ძალიან სასარგებლო ფიზიკურ ფენომენად, რომელიც ჯერ კიდევ ფართოდ გამოიყენება ინდუსტრიაში, წარმოებაში და დეკორატიულ ნივთებში. მას აქვს საკუთარი ესთეტიკა და ხშირად მონაწილეობს სამეცნიერო ფანტასტიკურ ფილმებში. ვოლტაური რკალის დამარცხება საბედისწერო არ არის.
