Por que o arco elétrico em um comutador prefere um caminho curvo ao invés de um caminho reto?

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Recentemente, encontrei este vídeo de uma linha de 500 quilovolts sendo aberta sob carga.

Quando os contatos do interruptor são separados, um arco elétrico é previsível. Enquanto os contatos estão próximos, o arco percorre um caminho reto entre os contatos. Então, à medida que os contatos são separados, o arco começa a se curvar e se transformar em uma curva acentuada e seu comprimento se torna várias vezes maior que a distância entre os contatos. Então, finalmente, o arco desaparece.

Isso não faz sentido para mim. A meu ver, o arco deve seguir o caminho de menor resistência e esse é claramente um caminho reto, não uma curva íngreme. Ainda mais, se o arco seguir um caminho curvo, por que desaparecerá repentinamente em vez de apenas seguir um caminho menos curvo e com menos resistência e continuar correndo?

Por que o arco se comporta dessa maneira - primeiro prefere um caminho curvo e depois desaparece subitamente?

dente afiado
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Há muitas respostas aqui, mas a física pode dar uma resposta melhor.
Kellenjb

Respostas:

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Este foi um comentário, mas os links eram muito longos.

Assim como o que os outros disseram - procure " blowout magnético " e se surpreenda adequadamente. Mais para DC, mas certamente não apenas. Um ímã é usado para desviar o arco, aumentando e falhando

Equipado em dispositivos de comutação muito pequenos e comuns. Muitos destes e destes

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Até a Tesla fez isso :-)

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Apenas interesse - daqui

EXPERIMENTOS COM CORRENTES ALTERNATIVAS DE ALTA POTENCIAL E ALTA FREQUÊNCIA.

POR NIKOLA TESLA.

UMA CONFERÊNCIA ANTES DA INSTITUIÇÃO DE ENGENHEIROS ELÉTRICOS, LONDRES.
Com um retrato e esboço biográfico do autor.
NOVA IORQUE: 1892

Russell McMahon
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Uau. Portanto, não depende de convecção, depende? O que acontece se houver uma falha no circuito que alimenta os ímãs?
Sharptooth
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@sharptooth - Como acima - isso é tão bom quanto a convecção. Mais em DC, mas também em AC. Geralmente ímãs permanentes em pequenos interruptores. Em sistemas de tensão muito alta, o arco sempre para. Eventualmente :-).
Russell McMahon
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Mas no vídeo não existe esse sistema, certo?
clabacchio
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Existem dois fenômenos combinados:

  1. A corrente escolhe sempre o caminho menos resistivo, que não é necessariamente o mais curto, como pode ser facilmente comprovado por circuitos físicos;

  2. Tais altas voltagens e correntes têm um efeito de ionização no ar circundante (os elétrons são removidos dos átomos) que o tornam mais condutor na área em que essa corrente está fluindo, mas ao mesmo tempo também mais quente; esse ar quente é mais leve que o ar mais frio circundante e, portanto, começa a subir, mas ainda deixa esse caminho "condutor" no qual a corrente continua a fluir.

Esse processo termina quando o caminho do ar mais condutor se torna muito resistivo para que haja corrente suficiente fluindo nele, e o ar ionizado sobe, substituído por ar "normal" e menos condutor, o que não é condutor o suficiente para criar o arco. Provavelmente, o arco foi causado por um evento, como uma sobretensão, ou simplesmente, como em um dos vídeos, um objeto que diminuiu a resistência entre os dois contatos; OU, como o vídeo no exemplo, uma opção que está sendo aberta. Quando o arco desaparece, é também porque esse evento desencadeador cessou.

clabacchio
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Por que o arco desaparece subitamente?
Sharptooth
Acredito que parou porque uma estação a montante desconectou a energia. Eu acho que se tivesse se dissipado devido ao aumento da resistência, teria reiniciado em um ponto mais baixo (como a escada de um jacob).
W5VO
@ W5VO, mas se você olhar o vídeo postado por Nick, a escada pára até que um novo evento faça com que ele reinicie.
clabacchio
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pareceu-me que, quando a descarga de caminho longo se extingue, o espaço entre os contatos abertos foi aumentado a tal ponto que os 500kV não podem mais apenas perfurar o ar comum no espaço.
JustJeff
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@clabacchio - devo manter o meu ponto. O caminho da descarga pode ser mais longo, fazendo um loop acima do espaço, mas esse caminho é composto de ar quente e ionizado; embora seja mais longo na distância, é mais baixo em resistência do que o ar frio no caminho direto no espaço. Se você tocou com alta tensão, por exemplo, até mesmo um transformador de sinal de néon, saiba que sempre é possível extrair uma faísca mais do que o espaço necessário para atingir o arco e, uma vez perdida a faísca, é necessário trazer os condutores mais perto para começar de novo.
JustJeff
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O ar ioniza inicialmente e um arco se forma. Sendo ar e calor, sobe.

O ar "túnel" ionizado sobe e "quebra", momento em que o arco é extinto.

Oli Glaser
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O interruptor de fato depende da convecção para quebrar o arco?
Sharptooth
@sharptooth Neste caso, parece que :) e o fato de que, teoricamente, quando o arco desaparece, os contatos estão muito distantes um do outro para criar um arco
clabacchio
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@ sharptooth - Não em geral, não. O vídeo postado foi uma falha do sistema. Geralmente, os interruptores são projetados para abrirem muito rapidamente e a uma distância suficiente para extinguir o arco de maneira confiável e segura. Na verdade, existem alguns comutadores de alta potência que intencionalmente criam um jato de ar entre os contatos para interromper o arco mais rapidamente quando o comutador é aberto.
Connor Wolf
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O arco ioniza o ar. O ar tem resistência finita, portanto aquece à medida que a corrente flui através dele. À medida que aquece, torna-se mais dinâmico e aumenta. A corrente simplesmente segue o caminho de menor resistência.

A escada de Jacob é um dispositivo de efeitos visuais, que trabalha com esse princípio. Algumas cenas de laboratório no filme de Frankenstein mostram isso. Existem alguns vídeos de Jacob's Ladder no YouTube ( aqui está um ).

EDIT: Observe atentamente o início do experimento no OP. Você notará que o arco começa com algo queimando em uma linha horizontal reta. Havia um condutor que se queimou e que havia estabelecido o arco inicial (túnel de ar ionizado).

Nick Alexeev
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Por que o arco desaparece subitamente?
Sharptooth
@sharptooth A descrição do vídeo do YouTube no seu OP diz que o arco foi alimentado por um reator. Não sei ao certo o que o termo significa em sistemas de transmissão de energia, mas acho que esse reator armazena energia como campo magnético. No final do experimento, a energia armazenada no reator pode ter se dissipado. A equipe também pode ter cortado a fonte de alimentação que alimentava o arco.
Nick Alexeev