Bài 15. Dòng điện trong chất khí

CHÀO MỪNG CÁC BẠN
ĐẾN VỚI PHẦN THUYẾT TRÌNH
CỦA TỔ BA
VI. HỒ QUANG ĐIỆN
ĐIỀU KIỆN TẠO RA HỒ QUANG ĐIỆN
1. HỒ QUANG ĐIỆN
Hiện tượng:
Định nghĩa: Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn. Trên thực tế nó là một dạng plasma tạo ra qua sự trao đổi điện tích liên tục.Nó thường đi kèm theo tỏa sáng và tỏa nhiệt mạnh.
2. ĐIỀU KIỆN TẠO RA HỒ QUANG ĐIỆN
Dòng điện chạy qua khí giữa 2 cực chủ yếu là dòng electron (và cả ion âm) đi từ cathode đến anode nhưng cũng có một phần là dòng ion dương đi theo chiều ngược lại. Các ion âm và electron tới va chạm vào anot, làm anot nóng lên, nhiệt độ có thể lên đến 3500 độ C. Do đó, anot phát sáng mạnh; tại hầu hết vật liệu bị nóng chảy và thậm chí bay hơi, nên anot bị lõm vào, làm cho mạch điện bị nối tắt. Còn các ion dương khi tới đập vào catot thì cũng làm cho catot duy trì được trạng thái nóng đỏ ban đầu và phát ra các electron (phát xạ nhiệt e). Chất khí giữa 2 cực ở nhiệt độ cao nên bị ion hoá và dẫn điện tốt, nhờ đó mà điện trở của khí trong hồ quang điện rất nhỏ. Cường độ dòng điện trong mạch có thể khá lớn, đạt hàng chục ampe, hiệu điện thế thấp.
Quá trình phát sinh: Hồ quang điện phát sinh là do môi trường giữa các điện cực (hoặc giữa các cặp tiếp điểm) bị ion hóa (xuất hiện các hạt dẫn điện). Ion hóa có thể xảy ra bằng các con đường khác nhau dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, điện trường mạnh,.... Trong thực tế quá trình phát sinh hồ quang điện có những dạng ion hóa sau:
Quá trình phát xạ điện tử nhiệt;
Quá trình tự phát xạ điện tử
Quá trình ion hóa do va chạm.
Quá trình ion hóa do nhiệt
3. ỨNG DỤNG
Nhờ nhiệt độ cao của các cặp điện cực, người ta dùng hồ quang điện trong việc hàn điện: một cực của hồ quang là tấm kim loại cần hàn, còn cực kia là que hàn. Do nhiệt độ cao giữa hai cực, que hàn nóng chảy và lấp chỗ cần hàn lên tấm kim loại.
Máy hàn thường có ba loại:
Hàn hồ quang tay.
Máy hàn điện dùng điện một chiều.
Máy hàn điện dùng điện xoay chiều.
Hàn hồ quang tay (hay còn gọi hàn que) là quá trình hàn điện nóng chảy sử dụng điện cực dưới dạng que hàn (thường có thuốc bọc) và không sử dụng khí bảo vệ, trong đó tất cả các thao tác (gây hồ quang, dịch chuyển que hàn, thay que hàn, vv…) đều do người thợ hàn thực hiện bằng tay.
Máy hàn điện dùng điện một chiều:
Cấu tạo cơ bản:
Máy hàn que điện tử: bộ nguồn, biến áp sung, dios sung, chỉnh lưu.
Máy hàn hồ quang( hàn cơ): nguồn, biến áp, chỉnh lưu, chỉnh dòng.
Nguyên lý hoạt động:
Máy hàn điện tử dùng điện một chiều là loại máy phát điện một chiều nhưng tính năng của nó không hoàn toàn giống máy phát điện. Vì khi hàn thường xảy ra hiện tượng ngắn mạch, cho nên nó phải có bộ phận ngăn ngừa cường độ ngắn mạch quá lớn. Muốn dễ tạo tia hồ quang thì điện áp gây tia hồ quang phải đủ lớn (80V), sau khi đã có hồ quang xuất hiện thì lập tức điện áp giảm ngay xuống điện áp hàn (15 - 45V). Mặt khác, do tính chất và điều kiện hàn khác nhau (nguyên liệu, chiều dày vật hàn, que hàn to hay nhỏ) nên cùng một điện áp hàn lại cần có những cường độ dòng điện hàn khác nhau, do đó cường độ hàn nên điều chỉnh trong phạm vi thích hợp. Ưu điểm khi dùng máy hàn điện một chiều so với phương pháp trực tiếp dùng điện một chiều là điện hàn được cung cấp độc lập, không bị hạn chế bởi sự ngừng trệ do những nguyên nhân khác, đồng thời có thể thường xuyên phối hợp với nhu cầu trong công tác hàn. Có thể thiết bị loại máy hàn có điện áp thấp và cường độ cao, khi đó sẻ phí tổn trong khi sử dụng, máy móc lại gọn nhẹ, có thể vận chuyển dể dàng.
Máy hàn điện dùng điện xoay chiều:
Cấu tạo cơ bản:

Máy hàn que điện tử: bộ nguồn, biến áp sung, dios sung, chỉnh lưu.
Máy hàn hồ quang( hàn cơ): nguồn, biến áp, chỉnh dòng.
Nguyên lý hoạt động:
Máy hàn điện dùng điện xoay chiều là máy biến áp giảm điện áp của nguồn điện xoay chiều xuống. Loại máy biến áp này cũng phải phù hợp với yêu câu quang hệ cường độ dòng điện và điện áp trong lúc hàn, nên cấu tạo của nó cũng khác với máy biến áp thông thường. Muốn thỏa mãn điều kiện này, máy biến áp phải dùng các phương pháp dưới đây.
Điều chỉnh điện áp để điều chỉnh cường độ hàn.
Dùng cuộn dây cảm ứng để điều chỉnh cường độ hàn.
Hai phương pháp trên tương đối rẻ tiền. Cấu tạo của máy biến áp hàn điện có rất nhiều loại
Hiệu suất của máy biến áp hàn (80 - 90%) so với máy hàn điện một chiều (50 - 70%), như vậy hiệu suất máy biến áp hàn tốt hơn, tổn thất không tải chừng 2% cho nên dùng điện xoay chiều tương đối thuận lợi.
Tác hại của hồ quang điện
Tia hồ quang điện có sức mạnh rất lớn. khi chúng ta nhìn vào thì tia hồ quang làm chết các tế bào niêm mạc mắt, dẫn tới đau mắt hàn. Nếu một ai đó không trang bị bảo hộ mặt trong quá trình hàn thì có thể làm bong da mặt nguyên nhân do chết hết tế bào bên ngoài.
Là nguyên nhân gây ra nhiều vụ hỏa hoạn ở các đô thị.