Hồ quang điện là gì? Hồ quang điện có nguy hiểm không?

Chu Văn An

Hồ quang điện là gì? Bức xạ nào được phát ra? Nó được áp dụng như thế nào trong cuộc sống? Mọi thắc mắc của bạn sẽ được giải đáp chi tiết qua bài viết dưới đây, mời bạn đọc ngay nhé.

1. Khái niệm hồ quang điện là gì?

Hồ quang điện là một quá trình phóng điện tự cấp, xảy ra trong chất khí ở áp suất bình thường hoặc áp suất thấp đặt giữa hai điện cực có hiệu điện thế nhỏ (Sách giáo khoa Vật lý 11).

Trên thực tế, hiện tượng này là một dạng plasma tạo ra sự trao đổi điện tích liên tục, thường đi kèm với nhiệt độ và ánh sáng mạnh.

Trong đó, dòng electron là dòng điện chính chạy qua chất khí giữa hai cực, trong đó có các ion âm, dòng điện đi từ cực âm sang cực dương. Tuy nhiên, cũng có một phần dòng ion dương đi theo hướng ngược lại. Các electron và ion âm tới và va chạm với cực dương, làm nóng cực dương khiến nhiệt độ lên tới 3500 độ C. Lúc này chúng ta sẽ nhìn thấy một tia lửa điện phát ra và đó cũng chính là đáp án cho câu hỏi về hồ quang điện. Phát ra những tia nào?

Do khí giữa hai cực ở nhiệt độ cao nên điện trở thường rất nhỏ và có tính dẫn điện tốt. Ngoài ra, dòng điện trong mạch khá lớn, có thể đạt tới hàng chục ampe, điện áp thấp.

Hình 1: Hình ảnh hồ quang điện

2. Cách tạo hồ quang điện

Có hai điều kiện để tạo ra hiện tượng này

• Làm cho nhiệt độ của hai điện cực tăng cao đến mức có thể phát ra một số lượng lớn electron do sự phát xạ nhiệt của electron.
• Để ion hóa không khí, cần tạo ra một điện trường đủ mạnh giữa hai điện cực, tạo ra cường độ điện trường và tia lửa điện.

Hồ quang điện được hình thành theo quá trình sau:

• Trường hợp tiếp điểm có dòng điện nhỏ: Khoảng cách tiếp xúc ban đầu rất nhỏ. Do đó, điện cực được đặt trong điện trường rất cao. Sự phát xạ electron tự do sẽ xảy ra nếu đạt E > 3,107 V/m.
• Trường hợp tiếp điểm có dòng điện lớn: Áp suất tiếp điểm giảm khi tiếp điểm mở. Do diện tích tiếp xúc trong hiện tượng hồ quang điện thực tế ngày càng nhỏ đi nên mật độ dòng điện tăng lên vài trăm A/mm2. Tại điểm tiếp xúc, kim loại chảy thành giọt do gia nhiệt ở mật độ cao. Giọt chất lỏng bị kéo căng thành cầu chất lỏng khi các điểm tiếp xúc tiếp tục di chuyển ra xa nhau. Chất lỏng kim loại sẽ bay hơi ở nhiệt độ tiếp xúc cao hơn và gây nổ khi gia nhiệt nhanh. Ngoài ra, do điện trường lớn nên quá trình ion hóa phát triển nhanh dẫn đến hình thành hồ quang. Quá trình này cũng gây ra sự mài mòn tiếp xúc.

Hình 2: Cách tạo hồ quang điện

3. Cách dập tắt hồ quang điện

Để dập tắt hiện tượng này, chúng ta cần có các điều kiện sau:

• Dùng khí hoặc dầu làm mát để hạ nhiệt độ hồ quang và để hồ quang cọ xát, dùng vách ngăn.
• Dùng vách ngăn chia thành nhiều phần nhỏ để kéo dài hồ quang và thổi khí để dập tắt. Hoặc bạn có thể chia cung thành nhiều đoạn nhỏ.
• Dập tắt hồ quang bằng năng lượng của chính nó hoặc năng lượng bên ngoài.
• Thông qua việc mắc một điện trở Shunt (dùng một điện trở mắc song song với hai tiếp điểm tạo hồ quang) để tiêu thụ năng lượng hồ quang.

4. Hiện tượng hồ quang điện dùng để làm gì?

Hàn hồ quang điện là một trong những ứng dụng nổi bật nhất của hiện tượng này. Vai trò của que hàn là cực của hồ quang. Cực còn lại thực chất là tấm kim loại cần hàn. Kim loại sẽ nóng chảy ở nhiệt độ cao, giúp rút ngắn thời gian quá trình hàn và tăng hiệu quả.

Ngoài ra, ở nhiều ngành nghề khác người ta cũng áp dụng quy trình xả tự cấp nguồn này. Ví dụ: luyện sắt, luyện thép, gia công kim loại, v.v. Hoặc dùng cho các ứng dụng luyện kim loại hoặc luyện phôi trong công nghiệp nặng.

Hình 4: Ứng dụng của hiện tượng hồ quang điện

5. Hồ quang điện có nguy hiểm không?

Hiện tượng phóng điện hồ quang có thể làm hỏng máy móc và phá hủy bộ điều khiển. Do điện áp thay đổi đột ngột, các thiết bị đang vận hành dừng hoạt động, làm gián đoạn mạch hệ thống cục bộ. Từ đó, năng suất lao động giảm sút và doanh thu kinh doanh bị ảnh hưởng do máy móc ngừng hoạt động.

• Hồ quang điện có thể gây thương tích, thậm chí ảnh hưởng đến tính mạng con người.
• Làm nổ thiết bị.
• Nếu xảy ra hồ quang điện giữa các cặp tiếp điểm của thiết bị, khi cầu dao, cầu chì, v.v. đóng, mạch điện có thể không bị ngắt hoàn toàn. Điều này gây hư hỏng cho các điểm tiếp xúc và thiết bị.
• Khi dùng mắt thường nhìn thẳng vào hồ quang sẽ gây bỏng tế bào niêm mạc mắt do ánh sáng mạnh và nhiệt độ cao. Đồng thời, hiện tượng này tỏa nhiệt có thể gây tổn thương, bỏng rát các tế bào da bên ngoài.

Hình 5: Hồ quang điện có nguy hiểm không?

6. Cách phòng tránh tác hại của hồ quang điện

• Sử dụng thiết bị chất lượng tốt, dây cách điện tốt, khả năng chịu tải cao và được làm từ vật liệu có độ bền cao. Đặc biệt, cần trang bị các thiết bị đóng cắt, bảo vệ mạch điện tự động như cầu dao, máy cắt cho hệ thống lưới điện.
• Khi người dân tiếp xúc với hồ quang cần mặc quần áo chống hồ quang, đeo khẩu trang hoặc sử dụng quạt để hạn chế độc tính.

Có thể tóm tắt rằng hồ quang điện vừa mang lại lợi ích vừa có nhiều tác hại trong ứng dụng thực tế. Hy vọng bài viết trên đã giúp bạn có thêm thông tin bổ ích về hiện tượng này.