Chispa eléctrica

Una chispa eléctrica es una descarga eléctrica abrupta que se produce cuando un campo eléctrico suficientemente alto crea un canal ionizado y eléctricamente conductor a través de un medio normalmente aislante, a menudo aire u otros gases o mezclas de gases. Michael Faraday describió este fenómeno como "el hermoso destello de luz que acompaña a la descarga de electricidad común".

La rápida transición de un estado conductor a un estado conductor produce una breve emisión de luz y una grieta aguda o sonido. Se crea una chispa cuando el campo eléctrico aplicado excede la intensidad de la descomposición dieléctrica del medio de intervención. Para el aire, la fuerza de descomposición es de aproximadamente 30 kV/cm al nivel del mar. Experimentalmente, esta figura tiende a diferir según la humedad, la presión atmosférica, la forma de los electrodos (aguja y el plano del suelo, hemisférico, etc.) y el espacio correspondiente entre ellos e incluso el tipo de forma de onda, ya sea sinusoidal o rectangular. En las etapas iniciales, el campo eléctrico acelera los electrones libres en el espacio (de los rayos cósmicos o la radiación de fondo). A medida que chocan con las moléculas de aire, crean iones adicionales y electrones recién liberados que también se aceleran. En algún momento, la energía térmica proporcionará una fuente mucho mayor de iones. Los electrones e iones que aumentan exponencialmente hacen que las regiones del aire en el espacio se vuelvan conductores eléctricamente en un proceso llamado descomposición dieléctrica. Una vez que la brecha se descompone, el flujo de corriente está limitado por la carga disponible (para una descarga electrostática) o por la impedancia de la fuente de alimentación externa. Si la fuente de alimentación continúa suministrando corriente, la chispa evolucionará hacia una descarga continua llamada arco eléctrico. También puede ocurrir una chispa eléctrica dentro de líquidos o sólidos aislantes, pero con diferentes mecanismos de descomposición de chispas en gases.

A veces, las chispas pueden ser peligrosas. Pueden causar fuego y quemar piel.

Lightning es un ejemplo de una chispa eléctrica en la naturaleza, mientras que las chispas eléctricas, grandes o pequeñas, ocurren en o cerca de muchos objetos hechos por el hombre, tanto por diseño como a veces por accidente.

Historia

En 1671, Leibniz descubrió que las chispas se asociaron con fenómenos eléctricos. En 1708, Samuel Wall realizó experimentos con ámbar frotado con tela para producir chispas. En 1752, Thomas-François Dalibard, actuando en un experimento propuesto por Benjamin Franklin, organizó un dragón francés retirado llamado Coiffier en el pueblo de Marly para recolectar rayos en un frasco de Leyden, lo que demuestra que los rayos y la electricidad son los mismos. En el famoso experimento de cometas de Franklin, extrajo con éxito chispas de una nube durante una tormenta eléctrica.

usa

fuentes de encendido

Las chispas eléctricas se utilizan en bujías en motores de combustión interna de gasolina para encender combustible y mezclas de aire. La descarga eléctrica en una bujía se produce entre un electrodo central aislado y un terminal a tierra en la base del tapón. El voltaje para la chispa es proporcionado por una bobina de encendido o un magneto que está conectado a la bujía con un cable aislado.

Los encendedores de llama usan chispas eléctricas para iniciar la combustión en algunos hornos y estufas de gas en lugar de una llama piloto. Auto Reignition es una característica de seguridad que se usa en algunos encendedores de llama que detecta la conductividad eléctrica de la llama y usa esta información para determinar si una llama de quemador está encendida. Esta información se utiliza para evitar que un dispositivo de encendido se desencadene después de encender la llama o reiniciar la llama si se apaga.

Radio Communications

Un transmisor de brecha en chispas utiliza un espacio de chispa eléctrica para generar radiación electromagnética de radiofrecuencia que se puede utilizar como transmisores para la comunicación inalámbrica. Los transmisores de brecha de chispa se usaron ampliamente en las primeras tres décadas de radio desde 1887-1916. Posteriormente fueron suplantados por sistemas de tubos de vacío y en 1940 ya no se usaban para la comunicación. El amplio uso de transmisores de brillo de chispa condujo al apodo " Sparks " para un oficial de radio de un barco.

Metalworking

Las chispas eléctricas se utilizan en diferentes tipos de metalurgia. El mecanizado de descarga eléctrica (EDM) a veces se llama mecanizado por chispa y utiliza una descarga de chispa para eliminar el material de una pieza de trabajo. El mecanizado de descarga eléctrica se utiliza para metales duros o aquellos que son difíciles de mecanizar con técnicas tradicionales.

La sinterización por plasma por chispa (SPS) es una técnica de sinterización que utiliza una corriente continua pulsada que pasa a través de un polvo conductor en una matriz de grafito. SPS es más rápido que el prensado isostático en caliente convencional, donde el calor lo proporcionan elementos calefactores externos.

Análisis químico

La luz producida por las chispas eléctricas se puede recolectar y utilizar para un tipo de espectroscopia llamada espectroscopia de emisión de chispas.

Se puede utilizar un láser pulsado de alta energía para producir una chispa eléctrica. La espectroscopia de ruptura inducida por láser (LIBS) es un tipo de espectroscopia de emisión atómica que utiliza un láser de alta energía de pulso para excitar átomos en una muestra. A LIBS también se le ha llamado espectroscopia de chispa láser (LSS).

Las chispas eléctricas también se pueden utilizar para crear iones para espectrometría de masas. La descarga de chispas también se ha aplicado en la detección electroquímica mediante la modificación de la superficie in situ de electrodos de carbono serigrafiados (SPE) desechables con diversas fuentes de metal y carbono.

Peligros

Las chispas pueden ser peligrosas para las personas, los animales o incluso los objetos inanimados. Las chispas eléctricas pueden encender materiales, líquidos, gases y vapores inflamables. Incluso las descargas estáticas inadvertidas, o las pequeñas chispas que se producen al encender luces u otros circuitos, pueden ser suficientes para encender vapores inflamables de fuentes como gasolina, acetona, propano o concentraciones de polvo en el aire, como las que se encuentran en los molinos harineros o más generalmente en fábricas que manipulan polvos.

Las chispas a menudo indican la presencia de un alto voltaje o "campo potencial". Cuanto mayor sea el voltaje; cuanto más lejos puede saltar una chispa a través de un espacio, y con suficiente energía suministrada puede provocar mayores descargas, como un resplandor o un arco. Cuando una persona está cargada con cargas estáticas de alto voltaje, o está en presencia de suministros eléctricos de alto voltaje, una chispa puede saltar entre un conductor y una persona que está lo suficientemente cerca, permitiendo la liberación de energías mucho más altas que puede causar quemaduras graves, apagar el corazón y los órganos internos, o incluso convertirse en un arco eléctrico.

Las chispas de alto voltaje, incluso aquellas con poca energía, como las de una pistola paralizante, pueden sobrecargar las vías conductoras del sistema nervioso, provocando contracciones musculares involuntarias o interferir con funciones vitales del sistema nervioso, como el ritmo cardíaco. Cuando la energía es lo suficientemente baja, la mayor parte se puede usar simplemente calentando el aire, por lo que la chispa nunca se estabiliza completamente en un brillo o arco. Sin embargo, las chispas con muy baja energía todavía producen un "túnel de plasma" a través del aire, a través del cual puede pasar la electricidad. Este plasma se calienta a temperaturas a menudo superiores a las de la superficie del Sol y puede provocar pequeñas quemaduras localizadas. A menudo se utilizan líquidos, geles o ungüentos conductores al aplicar electrodos al cuerpo de una persona, evitando que se formen chispas en el punto de contacto y dañen la piel. De manera similar, las chispas pueden causar daños a los metales y otros conductores, provocando ablación o picaduras en la superficie; un fenómeno que se explota en el grabado eléctrico. Las chispas también producen ozono que, en concentraciones suficientemente altas, puede causar molestias o dificultad respiratoria, picazón o daño a los tejidos, y puede ser perjudicial para otros materiales, como ciertos plásticos.