वोल्टेइक चाप की विशेषताओं के बारे में बात करते समय, यह ध्यान देने योग्य है कि इसमें चमक निर्वहन की तुलना में कम वोल्टेज होता है और चाप का समर्थन करने वाले इलेक्ट्रोड से इलेक्ट्रॉनों के थर्मोनिक विकिरण पर निर्भर करता है। अंग्रेजी बोलने वाले देशों में, इस शब्द को पुरातन और अप्रचलित माना जाता है।
चाप की अवधि को कम करने या आर्किंग की संभावना को कम करने के लिए चाप दमन तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है।
1800 के दशक के अंत में, सार्वजनिक प्रकाश व्यवस्था के लिए वोल्टाइक चाप का व्यापक रूप से उपयोग किया गया था। कई अनुप्रयोगों में कुछ कम दबाव वाले विद्युत चाप का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, प्रकाश के लिए फ्लोरोसेंट लैंप, पारा, सोडियम और धातु हलाइड लैंप का उपयोग किया जाता है। मूवी प्रोजेक्टर के लिए क्सीनन आर्क लैंप का उपयोग किया गया था।
वोल्टेइक चाप खोलना
माना जाता है कि इस घटना का वर्णन सबसे पहले सर हम्फ्री डेवी ने विलियम निकोलसन के जर्नल ऑफ नेचुरल फिलॉसफी, केमिस्ट्री एंड आर्ट्स में प्रकाशित 1801 के एक लेख में किया था। हालाँकि, डेवी द्वारा वर्णित घटना एक विद्युत चाप नहीं थी, बल्कि केवल एक चिंगारी थी। बाद के खोजकर्तालिखा: “यह स्पष्ट रूप से एक चाप का नहीं, बल्कि एक चिंगारी का विवरण है। पहले का सार यह है कि यह निरंतर होना चाहिए, और इसके ध्रुवों को इसके उत्पन्न होने के बाद स्पर्श नहीं करना चाहिए। सर हम्फ्री डेवी द्वारा बनाई गई चिंगारी स्पष्ट रूप से निरंतर नहीं थी, और हालांकि कार्बन परमाणुओं के संपर्क में आने के बाद यह कुछ समय के लिए चार्ज रहती थी, संभवतः चाप का कोई संबंध नहीं था, जो कि वोल्टाइक के रूप में इसके वर्गीकरण के लिए आवश्यक है।
उसी वर्ष, डेवी ने सार्वजनिक रूप से रॉयल सोसाइटी के सामने दो स्पर्श करने वाली कार्बन छड़ों के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह पारित करके और फिर उन्हें थोड़ी दूरी पर खींचकर प्रभाव का प्रदर्शन किया। प्रदर्शन ने एक "कमजोर" चाप दिखाया, जो लकड़ी का कोयला के बिंदुओं के बीच एक स्थिर चिंगारी से मुश्किल से अलग था। वैज्ञानिक समुदाय ने उन्हें 1000 प्लेटों की अधिक शक्तिशाली बैटरी प्रदान की, और 1808 में उन्होंने बड़े पैमाने पर एक वोल्टीय चाप की घटना का प्रदर्शन किया। उन्हें अंग्रेजी (इलेक्ट्रिक आर्क) में इसके नाम का श्रेय भी दिया जाता है। उन्होंने इसे एक चाप कहा क्योंकि इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी करीब होने पर यह ऊपर की ओर धनुष का रूप ले लेता है। यह गर्म गैस के प्रवाहकीय गुणों के कारण होता है।
वोल्टिक चाप कैसे दिखाई दिया? पहला निरंतर चाप 1802 में स्वतंत्र रूप से दर्ज किया गया था और 1803 में रूसी वैज्ञानिक वासिली पेट्रोव द्वारा "विद्युत गुणों के साथ एक विशेष तरल" के रूप में वर्णित किया गया था, जो 4,200-डिस्क तांबा-जस्ता बैटरी के साथ प्रयोग कर रहा था।
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उन्नीसवीं सदी के अंत में, वोल्टीय चाप व्यापक रूप से थासार्वजनिक प्रकाश व्यवस्था के लिए उपयोग किया जाता है। विद्युत चापों की झिलमिलाहट और फुफकारने की प्रवृत्ति एक बड़ी समस्या थी। 1895 में, हर्था मार्क्स एर्टन ने बिजली पर कागजों की एक श्रृंखला लिखी, जिसमें बताया गया कि वोल्टाइक चाप, चाप बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली कार्बन छड़ों के संपर्क में आने वाली ऑक्सीजन का परिणाम था।
1899 में, वह इंस्टिट्यूट ऑफ़ इलेक्ट्रिकल इंजीनियर्स (IEE) से पहले अपना पेपर देने वाली पहली महिला थीं। उनकी रिपोर्ट का शीर्षक "द मैकेनिज्म ऑफ द इलेक्ट्रिक आर्क" था। इसके तुरंत बाद, एर्टन को इंस्टीट्यूट ऑफ इलेक्ट्रिकल इंजीनियर्स की पहली महिला सदस्य के रूप में चुना गया। अगली महिला को 1958 में ही संस्थान में भर्ती कराया गया था। एर्टन ने रॉयल सोसाइटी के सामने एक पेपर पढ़ने के लिए याचिका दायर की, लेकिन उसके लिंग के कारण उसे ऐसा करने की अनुमति नहीं दी गई, और द मैकेनिज्म ऑफ द इलेक्ट्रिक आर्क को जॉन पेरी ने 1901 में उनके स्थान पर पढ़ा।
विवरण
विद्युत चाप उच्चतम धारा घनत्व वाला विद्युत निर्वहन का एक प्रकार है। चाप के माध्यम से खींची गई अधिकतम धारा केवल पर्यावरण द्वारा ही सीमित होती है, चाप द्वारा ही नहीं।
दो इलेक्ट्रोड के बीच चाप को आयनीकरण और चमक निर्वहन द्वारा शुरू किया जा सकता है जब इलेक्ट्रोड के माध्यम से वर्तमान में वृद्धि हुई है। इलेक्ट्रोड गैप का ब्रेकडाउन वोल्टेज दबाव, इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी और इलेक्ट्रोड के आसपास की गैस के प्रकार का एक संयुक्त कार्य है। जब एक चाप शुरू होता है, तो इसका टर्मिनल वोल्टेज ग्लो डिस्चार्ज की तुलना में बहुत कम होता है, और करंट अधिक होता है। वायुमंडलीय दबाव के पास गैसों में एक चाप दृश्य प्रकाश की विशेषता है,उच्च वर्तमान घनत्व और उच्च तापमान। यह एक चमक निर्वहन से अलग है जिसमें इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक आयनों दोनों का प्रभावी तापमान लगभग समान होता है, और एक चमक निर्वहन में, आयनों में इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत कम थर्मल ऊर्जा होती है।
वेल्डिंग करते समय
एक विस्तारित चाप को दो इलेक्ट्रोड द्वारा शुरू किया जा सकता है जो शुरू में संपर्क में हैं और प्रयोग के दौरान अलग हो गए हैं। यह क्रिया उच्च वोल्टेज ग्लो डिस्चार्ज के बिना एक चाप शुरू कर सकती है। इस तरह से वेल्डर वेल्डिंग इलेक्ट्रोड को तुरंत वर्कपीस से छूकर जोड़ को वेल्ड करना शुरू कर देता है।
एक अन्य उदाहरण स्विच, रिले या सर्किट ब्रेकर पर विद्युत संपर्कों का पृथक्करण है। उच्च ऊर्जा सर्किट में संपर्क क्षति को रोकने के लिए चाप दमन की आवश्यकता हो सकती है।
वोल्टिक चाप: विशेषताएँ
एक निरंतर चाप के साथ विद्युत प्रतिरोध गर्मी पैदा करता है जो अधिक गैस अणुओं को आयनित करता है (जहां आयनीकरण की डिग्री तापमान द्वारा निर्धारित की जाती है), और इस क्रम के अनुसार, गैस धीरे-धीरे एक थर्मल प्लाज्मा में बदल जाती है जो थर्मल संतुलन में होती है क्योंकि तापमान सभी परमाणुओं, अणुओं, आयनों और इलेक्ट्रॉनों के लिए अपेक्षाकृत समान रूप से वितरित किया जाता है। इलेक्ट्रॉनों द्वारा स्थानांतरित ऊर्जा उनकी उच्च गतिशीलता और बड़ी संख्या के कारण लोचदार टकराव के माध्यम से भारी कणों के साथ जल्दी से फैलती है।
चाप में करंट कैथोड पर थर्मिओनिक और इलेक्ट्रॉनों के क्षेत्र उत्सर्जन द्वारा समर्थित है। वर्तमानकैथोड पर एक बहुत छोटे गर्म स्थान पर केंद्रित किया जा सकता है - एक लाख एम्पीयर प्रति वर्ग सेंटीमीटर के क्रम में। चमक निर्वहन के विपरीत, चाप संरचना शायद ही अलग है, क्योंकि सकारात्मक स्तंभ काफी उज्ज्वल है और लगभग दोनों सिरों पर इलेक्ट्रोड तक फैला हुआ है। कैथोड ड्रॉप और कुछ वोल्ट का एनोड ड्रॉप प्रत्येक इलेक्ट्रोड के मिलीमीटर के एक अंश के भीतर होता है। धनात्मक स्तंभ में कम वोल्टेज प्रवणता होती है और बहुत कम चापों में अनुपस्थित हो सकती है।
कम आवृत्ति चाप
कम आवृत्ति (100 हर्ट्ज से कम) एसी चाप डीसी चाप जैसा दिखता है। प्रत्येक चक्र पर, चाप एक टूटने से शुरू होता है, और इलेक्ट्रोड भूमिका बदलते हैं जब वर्तमान दिशा बदलती है। जैसे-जैसे वर्तमान आवृत्ति बढ़ती है, प्रत्येक आधे चक्र में विचलन पर आयनीकरण के लिए पर्याप्त समय नहीं होता है, और चाप को बनाए रखने के लिए अब टूटने की आवश्यकता नहीं होती है - वोल्टेज और वर्तमान विशेषता अधिक ओमिक हो जाती है।
अन्य भौतिक घटनाओं के बीच एक स्थान
विभिन्न चाप आकार गैर-रैखिक धारा और विद्युत क्षेत्र पैटर्न के उभरते गुण हैं। चाप दो प्रवाहकीय इलेक्ट्रोड (अक्सर टंगस्टन या कार्बन) के बीच एक गैस से भरे स्थान में होता है, जिसके परिणामस्वरूप बहुत अधिक तापमान पिघलने या अधिकांश सामग्रियों को वाष्पीकृत करने में सक्षम होता है। एक इलेक्ट्रिक आर्क एक निरंतर डिस्चार्ज होता है, जबकि एक समान इलेक्ट्रिक स्पार्क डिस्चार्ज तात्कालिक होता है। एक वोल्टीय चाप या तो डीसी सर्किट में या एसी सर्किट में हो सकता है। बाद के मामले में, वह हो सकता हैधारा के प्रत्येक आधे चक्र पर प्रहार करें। एक विद्युत चाप एक चमक निर्वहन से भिन्न होता है जिसमें वर्तमान घनत्व अधिक होता है और चाप के भीतर वोल्टेज ड्रॉप कम होता है। कैथोड पर, वर्तमान घनत्व एक मेगाएम्पियर प्रति वर्ग सेंटीमीटर तक पहुंच सकता है।
विनाशकारी क्षमता
विद्युत चाप में करंट और वोल्टेज के बीच एक गैर-रैखिक संबंध होता है। एक बार चाप बनाया गया है (या तो एक चमक निर्वहन से प्रगति करके या क्षणिक रूप से इलेक्ट्रोड को छूकर और फिर उन्हें अलग करके), चाप टर्मिनलों के बीच कम वोल्टेज में वर्तमान परिणाम में वृद्धि। इस नकारात्मक प्रतिरोध प्रभाव के लिए आवश्यक है कि एक स्थिर चाप बनाए रखने के लिए किसी प्रकार के सकारात्मक प्रतिबाधा (जैसे विद्युत गिट्टी) को सर्किट में रखा जाए। यह गुण ही मशीन में अनियंत्रित विद्युत चापों को इतना विनाशकारी बनाता है, क्योंकि एक बार चाप होने पर यह डीसी वोल्टेज स्रोत से तब तक अधिक से अधिक धारा खींचेगा जब तक कि उपकरण नष्ट नहीं हो जाता।
व्यावहारिक अनुप्रयोग
औद्योगिक पैमाने पर, इलेक्ट्रिक आर्क का उपयोग वेल्डिंग, प्लाज्मा कटिंग, इलेक्ट्रिकल डिस्चार्ज मशीनिंग के लिए, मूवी प्रोजेक्टर में आर्क लैंप के रूप में और प्रकाश व्यवस्था में किया जाता है। इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस का उपयोग स्टील और अन्य पदार्थों के उत्पादन के लिए किया जाता है। इस तरह से कैल्शियम कार्बाइड प्राप्त किया जाता है, क्योंकि एक एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया (2500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर) प्राप्त करने के लिए बड़ी मात्रा मेंऊर्जा।
कार्बन आर्क लाइट पहली इलेक्ट्रिक लाइट थी। 19वीं शताब्दी में स्ट्रीट लैंप के लिए और द्वितीय विश्व युद्ध तक सर्चलाइट जैसे विशेष उपकरणों के लिए उनका उपयोग किया गया था। आज कई क्षेत्रों में निम्न दाब विद्युत चाप का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, प्रकाश के लिए फ्लोरोसेंट, पारा, सोडियम और धातु हलाइड लैंप का उपयोग किया जाता है, जबकि क्सीनन आर्क लैंप का उपयोग मूवी प्रोजेक्टर के लिए किया जाता है।
एक छोटे पैमाने के चाप फ्लैश की तरह एक तीव्र विद्युत चाप का निर्माण, विस्फोटक डेटोनेटर का आधार है। जब वैज्ञानिकों ने सीखा कि वोल्टाइक आर्क क्या है और इसका उपयोग कैसे किया जा सकता है, तो प्रभावी विस्फोटकों ने विश्व के विभिन्न हथियारों की भरपाई कर दी है।
मुख्य शेष अनुप्रयोग ट्रांसमिशन नेटवर्क के लिए उच्च वोल्टेज स्विचगियर है। आधुनिक उपकरण भी उच्च दाब सल्फर हेक्साफ्लोराइड का उपयोग करते हैं।
निष्कर्ष
वोल्टाइक चाप जलने की आवृत्ति के बावजूद, इसे एक बहुत ही उपयोगी भौतिक घटना माना जाता है, जो अभी भी उद्योग, निर्माण और सजावटी वस्तुओं में व्यापक रूप से उपयोग की जाती है। उसका अपना सौंदर्य है और उसे अक्सर विज्ञान-फाई फिल्मों में दिखाया जाता है। वोल्टीय चाप की हार घातक नहीं है।
