Hồ quang điện là gì? Ứng dụng, tác hại và cách phòng ngừa

Hồ quang điện là gì? Phát ra bức xạ nào? Được ứng dụng trong đời sống ra sao? Tất cả những gì bạn thắc mắc sẽ được giải đáp chi tiết qua bài viết bên dưới, hãy cùng đón đọc ngay nhé.

1. Khái niệm hồ quang điện là gì?

Hồ quang điện là quá trình phóng điện tự lực xảy ra trong chất khí ở áp suất thường hoặc áp suất thấp đặt giữa hai điện cực có hiệu điện thế không lớn (Sgk Vật lý 11)

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

Trong đó, dòng electron là dòng điện chủ yếu chạy qua khí giữa hai cực, bao gồm ion âm, dòng điện đi từ cathode đến anode. Tuy nhiên, cũng có dòng ion dương chiếm một phần đi theo chiều ngược lại. Các electron và ion âm tới và va chạm vào anode, làm nóng lên anode khiến nhiệt độ có thể lên tới 3500 độ C. Lúc này, ta sẽ thấy phát ra tia lửa điện và đó cũng là đáp án cho câu hỏi hồ quang điện phát ra tia gì.

Do chất khí giữa hai cực ở nhiệt độ cao nên điện trở thường rất nhỏ, có khả năng dẫn điện tốt. Ngoài ra, dòng điện trong mạch có cường độ khá lớn, có thể đạt đến hàng chục ampe, hiệu điện thế thấp.

Hình 1: Hình ảnh hồ quang điện

2. Cách tạo ra hồ quang điện

Có 2 điều kiện để tạo ra hiện tượng này

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

Hồ quang điện hình thành theo quá trình sau:

• Trường hợp tiếp điểm có dòng nhỏ: Khoảng cách ban đầu tiếp điểm rất bé. Do đó, điện cực được đặt lên điện trường rất cao. Phát xạ electron tự do sẽ xảy ra nếu đạt E > 3.107 V/m.
• Trường hợp tiếp điểm có dòng lớn: Lực ép tiếp điểm giảm tại lúc mở tiếp điểm. Vì tiết diện tiếp xúc trong hiện tượng hồ quang điện thực tế bé dần nên làm tăng cao mật độ dòng điện khoảng vài trăm A/mm2. Tại điểm tiếp xúc, kim loại chảy lỏng thành giọt do sự phát nóng mật độ cao. Giọt chất lỏng bị kéo căng thành các cầu chất lỏng khi các tiếp điểm tiếp tục rời xa nhau. Chất lỏng kim loại sẽ bốc hơi ở điều kiện nhiệt độ tiếp xúc càng tăng cao và gây nổ trong quá trình phát nóng nhanh. Ngoài ra, do điện trường lớn xảy ra sự ion hóa phát triển nhanh dẫn đến hồ quang được hình thành. Quá trình này cũng làm tiếp điểm bị mài mòn.

Hình 2: Cách tạo ra hồ quang điện

3. Cách dập tắt hồ quang điện

Muốn dập tắt hiện tượng này, chúng ta cần những điều kiện sau:

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

4. Hiện tượng hồ quang điện được ứng dụng làm gì?

Hàn hồ quang điện chính là một trong những ứng dụng nổi bật nhất của hiện tượng này. Vai trò của que hàn là một cực của hồ quang. Còn cực kia trong thực tế chính là tấm kim loại cần hàn. Kim loại sẽ bị nóng chảy ở điều kiện nhiệt độ cao giúp rút ngắn thời gian diễn ra quá trình hàn và tăng hiệu quả.

Ngoài ra, trong rất nhiều ngành công nghiệp khác, người ta cũng ứng dụng quá trình phóng điện tự lực này. Ví dụ như luyện gang, luyện thép, chế tác kim loại,... Hoặc để ứng dụng nấu kim loại hay làm lò luyện phôi trong ngành công nghiệp nặng.

Hình 4: Ứng dụng hiện tượng hồ quang điện

5. Hồ quang điện có gây nguy hiểm không?

Hiện tượng phóng hồ quang điện có thể làm hỏng hóc máy móc, phá hủy các bộ điều khiển. Do thay đổi đột ngột điện áp làm các thiết bị đang hoạt động dừng lại, ngắt mạch hệ thống cục bộ. Từ đó, khiến cho năng suất lao động giảm xuống, doanh thu của doanh nghiệp ảnh hưởng vì hoạt động máy móc bị dừng.

• Hồ quang điện có thể gây thương tích, thậm chí ảnh hưởng đến tính mạng con người.
• Làm cháy nổ thiết bị.
• Nếu phát sinh giữa các cặp tiếp điểm của thiết bị thì khi đóng cầu dao, cầu chì,... hồ quang điện có thể sẽ khiến mạch không được ngắt dứt khoát. Điều này làm tiếp điểm và thiết bị hư hại.
• Khi dùng mắt thường nhìn vào hồ quang trực tiếp sẽ gây bỏng tế bào niêm mạc mắt do ánh sáng mạnh và nhiệt độ cao. Đồng thời, hiện tượng này tỏa ra nhiệt nóng có thể khiến tế bào da bên ngoài bị tổn thương, bỏng.

Hình 5: Hồ quang điện có gây nguy hiểm không?

6. Cách phòng ngừa tác hại của hồ quang điện

• Sử dụng các thiết bị có chất lượng tốt, dây dẫn cách điện tốt, chịu tải lớn và được làm từ nguyên liệu có độ bền cao. Đặc biệt, cần trang bị các thiết bị đóng ngắt, bảo vệ mạch tự động như cầu dao, aptomat cho hệ thống điện lưới.
• Khi con người tiếp xúc với hồ quang cần trang bị quần áo chống hồ quang điện, mặt nạ hay sử dụng quạt gió để hạn chế các độc hại.

Có thể tổng kết rằng, hồ quang điện vừa đem tới các lợi ích, vừa tồn tại nhiều tác hại trong các ứng dụng thực tế. Mong rằng, bài viết trên đây đã giúp bạn bổ sung thêm nhiều thông tin hay về hiện tượng này.