Hồ quang điện là một hiện tượng vật lý được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hiện nay. Chúng ta có thể bắt gặp hồ quang điện trong các thiết bị như đèn huỳnh quang, đèn neon, đèn LED, máy fax, máy tính, tivi,… Vậy cụ thể hồ quang điện là gì, đặc điểm, ứng dụng và các thông tin cơ bản sẽ được chúng tôi thông tin ngay sau đây.
Hồ quang điện là gì
Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực, được xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn, tuy nhiên lại có cường độ dòng điện cực lớn.
Thực tế thì hồ quang điện là 1 dạng plasma, được tạo ra qua sự trao đổi điện tích liên tục. Đặc trưng của hồ quang điện là sự phóng điện phát sáng, sự phát sáng này phụ thuộc vào sự phát xạ nhiệt của electron từ 2 điện cực.
Dòng điện được chạy qua khí giữa 2 cực chủ yếu là dòng electron, ngoài ra có cả ion âm đi từ catot đến anot, có 1 phần là dòng ion dương đi theo chiều ngược lại. Các ion âm và electron đập vào anot khiến cho anot nóng lên, nhiệt độ có thể lên đến 3500 độ C.
Vậy bạn có biết hồ quang điện phát ra bức xạ nào hay không? Đó là các tia bức xạ tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại được phát ra từ nguồn hồ quang nóng sáng.
Tính chất của hồ quang điện
Hồ quang điện có tính chất gì? Hồ quang điện sở hữu những tính chất cơ bản như sau:
- Hồ Quang Điện có tính chất dẫn điện nhưng lại có trở khá lớn, thấp hơn so với kim loại. Bởi vì lượng electron tự do ở Hồ Quang Điện không nhiều như kim loại.
- Hồ Quang Điện có tính chất bán dẫn, có thể dẫn điện ở mức năng lượng cao hơn so với trạng thái bình thường, nhưng lại không dẫn được ở mức năng lượng thấp hơn.
- Hồ Quang Điện có tính chất phát quang khi bị kích thích bởi dòng điện. Tính chất này đặc biệt quan trọng trong việc sản xuất các loại LED.
- Hồ Quang Điện có tính chất đối xứng, có thể tạo ra cặp electron lỗ trống nếu như được kích thích bằng ánh sáng hay điện.
- Hồ Quang Điện có tính ổn định nhiệt tốt, không bị phân hủy, biến đổi ở nhiệt độ cao.
- Độ bền của hồ quang điện cao, chịu được áp lực và va đập mạnh.
- Hồ Quang Điện có độ trong suốt tốt, giúp ánh sáng đi qua dễ dàng. Bên cạnh đó Hồ Quang Điện có thể điều chỉnh để có các tính chất khác nhau bằng việc thay đổi hàm lượng các tạp chất, cũng như kiểm soát quá trình sản xuất.
- Ở trung tâm 2 cực của hồ quang điện có nhiệt độ rất lớn, có thể lên đến 6000 – 80000 độ K.
- Ở canot, mật độ dòng điện lớn, rơi vào khoảng 104 – 105 A/cm2.
Xem thêm: Đường sức từ là gì? Đặc điểm, tính chất, xác định chiều đường sức từ
Nguyên nhân gây ra hồ quang điện
Điều kiện sinh ra hồ quang điện là chất khí giữ ở nhiệt độ cao của catot, catot tạo ra hiện tượng phát xạ nhiệt electron. Có khá nhiều nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này, cụ thể như:
- Dân dẫn điện đặt gần nhau với các dòng sự cố chảy qua chúng. Lúc này quá trình ion hóa không khí xảy ra dẫn tới đường sức cản thấp, dòng điện chạy qua khe hở không khí giữa các dây dẫn.
- Các nguyên nhân khác như chạm vào bề mặt sai bằng đầu dò thử nghiệm, sử dụng chưa chính xác, tắc nghẽn bảng ngắt kết nối, việc kết nối lỏng lẻo, thiết bị điện tác dụng với nước, độ ẩm, không bảo dưỡng đúng cách,…
Ứng dụng của hồ quang điện
Hồ quang điện được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực thực tế khi được dùng trong các lĩnh vực khác nhau như: hàn điện, luyện thép,… với tác dụng giúp duy trì cháy ổn định để đảm bảo hoạt động tối đa công suất. Nhưng khi hồ quang điện xảy ra với các thiết bị điện thì đó lại là những yếu tố phát sinh có hại.
Với đặc điểm nhiệt độ cao tại cặp điện cực, người ta dùng hồ quang điện để ứng dụng trong hàn điện. Một cực của hồ quang điện là vật kim loại cần hàn, cực còn lại là que hàn. Sự giải phóng electron quá lớn gây ra nền nhiệt độ cao giữa 2 cực. Từ đó dẫn tới que hàn nóng chảy và giúp kết nối lại vị trí cần hàn.
Một ví dụ về hồ quang điện thường thấy nhất chính là chúng được ứng dụng ở trong các lò luyện phôi nhiệt, nấu kim loại,…
Xem thêm: Dao động duy trì là gì? Đặc điểm, ứng dụng, ví dụ dao động duy trì
Tác hại của hồ quang điện
Ảnh hưởng tới thiết bị điện
Hiện tượng phóng hồ quang điện khiến các thiết bị điện bị bên cạnh xảy ra hư hại. Nguyên nhân do sự thay đổi điện áp đột ngột dẫn đến ngắn mạch hệ thống cục bộ. Tiếp điểm của thiết bị đánh mòn, hỏng hóc dưới nền nhiệt tăng cao.
Vì thế cần phải thay thế các thiết bị dùng đóng cắt mạch điện hàng năm, đặc biệt là các thiết bị phải chịu cường độ dòng điện lớn thường xuyên.
Ảnh hưởng tới con người
Việc phóng hồ quang điện có khả năng gây ra cháy nổ, hỏa hoạn, ảnh hưởng tới sức khỏe, cũng như tính mạng của con người. Tia hồ quang điện có sức mạnh rất lớn, nếu như con người nhìn vào thì tia hồ quang sẽ làm chết các tế bào niêm mạc mắt. Cho nên, nếu như không được trang bị bảo hộ mặt trong quá trình hàn có thể dẫn đến tình trạng bong da mặt do chết hết các tế bào ở ngoài da.
Điều kiện tạo ra hồ quang điện
Có 2 điều kiện để giúp tạo ra hồ quang điện bao gồm::
- Làm cho hai điện cực nóng đỏ lên đến mức độ có thể phát hiện electron
- Tạo ra một điện trường đủ mạnh ở giữa hai điện cực nhằm giúp ion hóa không khí, từ đó tạo ra tia lửa điện và cường độ điện trường.
Xem thêm: Phản ứng nhiệt hạch là gì? Ứng dụng, ví dụ phản ứng nhiệt hạch
Quá trình phát sinh, dập tắt của hồ quang điện
Quá trình làm phát sinh hồ quang điện
Khi khoảng cách giữa 2 đầu tiếp điểm rất nhỏ cùng với dòng điện bé với trị số điện áp nhất định sẽ giúp tạo ra điện trường có cường độ lớn trong khoảng không gian nhỏ.
Nhờ đó mà các electron từ cathode có thể bật tạo ra hiện tượng phát xạ điện tử tự động. Số điện tử tăng lên ngày càng nhiều và di chuyển dưới tác dụng của điện trường khiến cho không khí bị ion hóa, từ đó gây ra hiện tượng hồ quang điện.
Các đầu tiếp điểm có dòng điện lớn sẽ khiến quá trình phát sinh hồ quang điện trở nên phức tạp hơn. Ban đầu, khi tiếp điểm mở, lực ép giữa chúng khá nhỏ, cho nên dòng điện đi qua ít.
Sự gia tăng đáng kể mật độ dòng điện khi lên đến hàng chục A/cm2 sẽ khiến nhiệt độ của cầu chất lỏng tăng và bốc hơi. Lúc này hồ quang điện sẽ xuất hiện ở giữa 2 tiếp điểm.
Quá trình thực hiện dập tắt hồ quang điện
Để thực hiện dập tắt hồ quang điện thì ta thực hiện ngược lại với điều kiện phát sinh, cụ thể như sau:
- Tiến hành hạ thấp nhiệt độ hồ quang bằng biện pháp như dầu làm nguội, dùng vách ngăn.
- Tiếp đến chia hồ quang thành nhiều đoạn nhỏ
- Sử dụng năng lượng bên ngoài để có thể dập tắt được hồ quang điện.
- Tiêu thụ năng lượng của điện hồ quang bằng cách tiến hành mắc điện trở song song với 2 tiếp điểm sinh hồ quang.
Công nghệ hồ quang điện là gì?
Công nghệ hàn hồ quang điện được xem là công nghệ hàn phổ biến nhất hiện nay. Ở trong công nghệ hàn hồ quang điện, hồ quang sẽ tập trung trên 1 điểm của vật hàn. Khi nhiệt lượng tập trung thì vật hàn sẽ dễ dàng bị nóng chảy, nhiệt lượng không truyền ra rộng nên sự biến dạng của vật hàn không trầm trọng giống như việc hàn khí.
Thao tác để hàn hồ quang điện khá khó, nhưng đổi lại chúng khá thuận tiện và rẻ đối với những nơi có điện.
Như vậy, bài viết trên đây đã giúp cung cấp đầy đủ thông tin giúp bạn hiểu được hồ quang điện là gì, cũng như đặc điểm, tính chất và ứng dụng của hồ quang điện. Hy vọng với những kiến thức này sẽ giúp ích được cho bạn trong cuộc sống!
