Elektrik kıvılcımı

Elektrik kıvılcımı, yeterli büyüklükteki elektriksel alanların; hava, gaz ya da gaz karışımları gibi normal yalıtkan vasıtalar aracılığıyla iyonik ve iletken kanallar yaratmasıyla oluşan, ani elektriksel boşalmadır.

İletkenden yalıtkana hızlı geçiş durumu, ışık yayımı ve keskin çatlaklar ya da çıtırdama sesleri üretir. Kıvılcım, uygulanan elektriksel alanın aradaki maddenin yalıtkan kırılma dayanımını aştığı durumlarda ortaya çıkar. Hava için bu dayanım deniz seviyesinde 30 kV/cm'dir. İlk aşamalarda, boşluktaki serbest elektronlar (kozmik ışınlar ya da geri plandaki radyasyondan dolayı) elektriksel alan tarafından hızlandırılır. Bu elektronlar hava molekülleriyle çarpışarak hız kazanmış yeni iyonlar ve serbest elektronlar oluştururlar. Üssel şekilde artan iyonların ve elektronların, boşlukta elektriği ileten hava kümeleri oluşturmasına yalıtkan kırılımı adı verilir. Boşluk kırıldığında o anki akım, mevcut yük (elektrostatik boşaltım) ya da dış güç kaynağının direnci tarafından sınırlandırılır. Eğer güç kaynağı akım üretmeye devam ederse, kıvılcım “elektrik arkı” denilen sürekli güç kaynağına dönüşecektir. Elektrik kıvılcımı ayrıca yalıtkan sıvılarda ya da gazlarda da oluşur ancak kırılma işleyişi gazlara göre farklılık gösterir.

Yıldırım, doğada elektriksel kıvılcımın bir örneğidir. Elektriksel kıvılcımlar; küçük ya da büyük, tasarlanarak ya da kazayla birçok insan yapımı nesnede oluşur.

Tarih

Uçurtma ipinden ayrılan anahtardan kendi parmağına kıvılcım çizen Benjamin Franklin.

Milattan önce 600'lü yıllarda, Yunan filozof Thales fosilleşmiş bir reçinenin kumaşla ovalandığı takdirde elektriklenerek başka cisimleri çektiğini ve elektriksel kıvılcım oluşturduğunu gözlemlemiştir. 1671 yılında, Leibniz kıvılcımın, elektrikle alakalı bir olay olduğunu keşfetmiştir. 1708 yılında, Samuel Wall elektriksel kıvılcım üretmek için ağaç reçineleriyle deneyler yapmıştır. 1752 yılında, Thomas-François Dalibardand Benjamin Franklin yıldırım ve elektriğin eşdeğer olduğunu göstermiştir. Franklin'in ünlü uçurtma deneyinde Franklin, fırtınalı bir havada buluttan başarılı bir şekilde elektriksel kıvılcım çıkarmıştır.

Kullanım Yerleri

Ateşleme Kaynakları

Gaz ocakları brülör - elektriksel kıvılcım, alev ateşleyici solda gösterilir.

Elektriksel kıvılcımlar içten yanmalı benzinli motorların bujilerinde yakıtı ve hava karışımını ateşlemek için kullanılır. Bujide elektriksel boşalım, ortada bulunan yalıtkan elektrotla, buji tabanının üstünde çakılı olan bağlantı arasında gerçekleşir. Bujideki gerilim, ateşleme bobiniyle ya da bujiye yalıtkan bir telle bağlanmış mıknatısla sağlanır.

Ateşleyiciler, fırınlarda ya da gaz ocaklarında yanma başlatabilmek için öncü alev olarak buji kullanır. Otomatik ateşleme, güvenlik özelliği olup alevin elektrik iletkenliğinin önemli olduğu bazı ateşleyicilerde kullanılır ve bu bilgi kullanılarak yakıcı bir alevin oluşup oluşmayacağı belirlenir. Bu bilgi ayrıca, ateşleme cihazlarında alev oluştuktan sonra kıvılcım saçılımını durdurmak ya da sönmüş alevi yeniden oluşturmak için kullanılır.

Telsiz İletişimi

Geminin 10 km'ye kadar olan uzaklıktaki kıyıyla iletişimi için Spark verici kullanılırdı(c. 1900).

Boşluk – kıvılcım ileticisi, kablosuz iletişimde iletici olarak kullanılabilen elektromanyetik radyo yayınımı üretebilmek için elektrik kıvılcımlarını kullanır. Boşluk – kıvılcım ileticileri radyonun ilk 30 yılında (1887 – 1916) yaygın olarak kullanılmıştır. Sonradan bunların yerini radyo lambası (ya da vakum tüpü) sistemleri almıştır ve 1940'tan itibaren iletişim amaçlı kullanılmamıştır. Boşluk – kıvılcım ileticilerinin yaygın kullanımı, gemilerdeki radyo memurlarına “kıvılcım” olarak seslenilmesine sebep olmuştur.

Metal İşleme

Elektriksel kıvılcımlar metal işlemenin birçok çeşidinde kullanılmaktadır. Elektriksel boşalımla malzeme işleme ya da diğer adıyla kıvılcımla malzeme işleme yönteminde ham maddeleri işlenmiş maddeye dönüştürmek için kıvılcımlardan faydalanılır. Bu yöntemle geleneksel yöntemler kullanılarak işlenmesi zor olan sert metaller işlenebilmektedir.

Spark plazma sinterleme, doğrudan sinyal akımlarının presdöküm kalıbıbını iletken tozlar vasıtasıyla geçtiği, bir sinterleme çeşididir. SPS, dışsal ısıtıcı elemanlarının kullanıldığı geleneksel sıcak izostatik preslemeden daha hızlıdır.

Kaynaklamada, metalleri eritmek ve iki parçayı birleştirmek için kesintisiz elektriksel kıvılcımlar üretilir.

Ark kaynağı

Kimyasal Analiz

Elektriksel kıvılcımlar tarafından üretilen ışık toplanabilir ve kıvılcım salım spektroskopisi denilen spektroskopi çeşitlerinde kullanılabilir.

Elektriksel kıvılcım üretmek için yüksek enerjili sinyal lazeri kullanılabilir. LIBS lazerin yüksek sinyal enerjisini örnekteki atomları hareketi geçirmek için kullanan bir çeşit atom salım spektroskopisidir. LIBS aynı zamanda lazer kıvılcım spektroskopisi (LSS) olarak da bilinir.

Elektriksel kıvılcımlar kütle spektrometrisine iyon oluşturmak için de kullanılır.