Hồ quang điện là một hiện tượng thường thấy và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Vậy hồ quang điện là gì? Điều kiện và ứng dụng của hiện tượng này ra sao? Cùng tham khảo chi tiết trong bài viết dưới đây nhé.
Hồ quang điện là gì?
Theo Wikipedia, hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thấp hoặc áp suất thường giữa 2 điện cực có hiệu điện thế không lớn.
Trong thực tế, hồ quang điện là một dạng đặc biệt của Plasma khi mà các điện tích trao đổi liên tục. Nó sẽ tạo ra ánh sáng có thể nhìn thấy được và sự tỏa nhiệt mạnh mẽ.
Dòng điện chạy qua chất khí giữa 2 cực chủ yếu là dòng ion âm (electron) đi từ cathode đến anode (anot). Tuy nhiên, cũng có một phần dòng ion dương di chuyển ngược lại từ anode đến cathode. Khi đó, anode sẽ nóng lên và tỏa một lượng lớn nhiệt có thể lên đến 3500 độ C.
Khi xảy ra hồ quang điện, nhiệt độ cao làm cho các vật liệu bị nóng chảy, thậm chí bay hơi khiến cho anot bị lõm vào, mạch điện bị nối tắt. Các ion dương khi đập vào cathode thì cũng làm nóng đỏ và phát ra các electron. Nhiệt độ cao cũng làm chất khí giữa 2 cực bị ion hóa và dẫn điện tốt hơn, điện trở về mức rất nhỏ, cường độ dòng điện cũng sẽ tăng cao có thể lên đến hàng chục ampe.
Tia hồ quang điện có sức mạnh rất lớn nên khi chúng ta nhìn vào thì sẽ làm chết các tế bào niêm mạc mắt, dẫn tới đau mắt khi hàn vật liệu. Bởi vậy, bạn cần phải trang bị mặt nạ bảo hộ trong quá trình hàn để hạn chế tác động không tốt của hồ quang điện đến da và mắt.
Điều kiện để tạo ra hồ quang điện
Có 2 điều kiện để hiện tượng hồ quang điện xảy ra, đó là:
- Làm cho hai điện cực nóng đỏ lên để có thể phát ra các electron.
- Tạo ra một điện trường đủ mạnh ở giữa hai điện cực để ion hóa không khí, cường độ điện trường mạnh và tạo ra tia lửa điện.
Các tính chất cơ bản của hồ quang điện
Hồ quang điện có các tính chất cơ bản:
- Ở cathode có mật độ dòng điện lớn khoảng 104 ÷ 105 A/cm2.
- Trung tâm hồ quang điện có nhiệt độ rất lớn, trong các vật liệu thì nhiệt độ có thể lên đến 6000 – 8000K.
- Thực tế, sụt áp ở cathode không phụ thuộc vào dòng điện và thường có giá trị từ 10 – 20V.
- Hiện tượng phóng ra điện hồ quang chỉ xảy ra khi có dòng điện lớn.
Quá trình phát sinh và dập tắt hồ quang điện
Quá trình phát sinh hồ quang điện
- Khi khoảng cách giữa 2 đầu tiếp điểm rất nhỏ và có dòng điện bé với một trị số điện áp nhất định. Khi đó, sẽ tạo ra điện trường có cường độ lớn trong khoảng không gian nhỏ này và electron từ cathode có thể bật tạo ra hiện tượng phát xạ điện tử tự động (phát xạ điện nguội). Khi số điện tử này tăng lên ngày càng nhiều và di chuyển dưới tác dụng của điện trường sẽ làm không khí bị ion hóa và gây ra hiện tượng hồ quang điện.
- Khi các đầu tiếp điểm có dòng điện lớn thì quá trình phát sinh hồ quang điện sẽ phức tạp hơn. Ban đầu khi tiếp điểm mở, lực ép giữa chúng khá nhỏ nên dòng điện đi qua ít. Sự gia tăng đáng kể của mật độ dòng điện có khi lên đến hàng chục A/cm2 tại đó, nhiệt độ của cầu chất lỏng tăng và bốc hơi. Khi đó, hồ quang điện sẽ xuất hiện ở giữa 2 tiếp điểm
Quá trình dập tắt hồ quang điện
Để dập tắt hồ quang điện thì chúng ta làm ngược lại với các điều kiện phát sinh, cụ thể là:
- Hạ thấp nhiệt độ hồ quang bằng các biện pháp như dầu làm nguội, dùng vách ngăn.
- Chia hồ quang thành nhiều đoạn nhỏ
- Dùng các năng lượng bên ngoài để dập tắt hồ quang điện.
- Tiêu thụ năng lượng của điện hồ quang bằng cách mắc điện trở song song với 2 tiếp điểm sinh hồ quang.
Ứng dụng của hồ quang điện
Hồ quang điện được ứng dụng trong lĩnh vực luyện thép và dòng hồ quang này cần được duy trì ổn định để đảm bảo hoạt động.
Dùng hồ quang trong hàn điện nhờ nhiệt độ cao của các cặp điện cực. Một cực của hồ quang chính là que hàn, cực còn lại là tấm kim loại cần hàn. Khi que hàn tiếp xúc với tấm kim loại cần hàn thì hồ quang điện sẽ tạo nhiệt độ cao gây nóng chảy và lấp chỗ cần hàn trên tấm kim loại.
Ngoài ra, hiện tượng hồ quang điện còn được ứng dụng trong lò nấu kim loại, lò luyện phôi nhiệt,…
Các tác hại và cách phòng ngừa hiện tượng hồ quang điện
Hồ quang điện cũng gây ra một số tác hại như:
- Ảnh hưởng đến các thiết bị điện: Thiết bị điện bị phá hủy do ngắn mạch cục bộ, điện áp thay đổi đột ngột, nhiệt độ tăng cao.
- Ảnh hưởng đến con người: Nếu nhìn trực tiếp vào hồ quang điện thì phá hủy các tế bào niêm mạc mắt, dẫn tới đau mắt hay bong da mặt. Hoặc có thể gây hỏa hoạn, cháy nổ làm thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng đến cuộc sống và môi trường.
Cách phòng ngừa hiện tượng hồ quang điện:
- Tích hợp mạch cảm biến cảnh báo một cách độc lập trong các thiết bị đóng ngắt và buồng dập hồ quang hạ thế.
- Cải tiến và đưa ra những sản phẩm chất lượng tốt hơn để tăng tuổi thọ của thiết bị điện.
- Người lao động cần được trang bị đồ bảo hộ lao động phù hợp, trang bị kiến thức về an toàn lao động để tránh các sự cố đáng tiếc xảy ra.
Trên đây là những thông tin về hiện tượng hồ quang điện. Hiện tượng này vừa đem lại những lợi ích nếu như được áp dụng đúng cách. Mong rằng những thông tin trong bài viết sẽ hữu ích cho bạn.
