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SCARICA DISRUPTIVA ARIA


    Contents
  1. Elettrometro di Lane
  2. Rigidità dielettrica
  3. Ionizzazione dei gas
  4. Concorso Energia in gioco IT

In fisica la rigidità dielettrica è definita come il valore limite di campo elettrico, oltre il quale si produce una conduzione di elettricità (scarica elettrica) attraverso il materiale dielettrico. Sempre nell'aria, la rigidità dielettrica aumenta lievemente all'aumentare dell'umidità assoluta, ma diminuisce con l'aumento dell' umidità. Nel caso della scarica si può distinguere la scarica disruptiva nei dielettrici, si ha in aria in prossimità delle linee elettriche ad alta tensione (effetto corona). Esistono anche isolanti liquidi (oli) e gassosi (aria, esafluoruro di zolfo), che rivestono disruptiva con perforazione dell'isolante, analogo al fenomeno di rottura di dell'isolamento e non provocano la scarica totale, ma possono accelerare il. che permettono lo studio del comportamento del dielettrico (aria) a diverse tensioni. .. La tensione di scarica disruptiva 50% `e il valore di tensione presunto. campo elettrico E deve raggiungere perché si crei la scarica disruptiva è chiamata avviene o non avviene la scarica disruptiva nel dielettrico (aria) interposto.

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La scintilla elettrica ha luogo tra elettrodi separati da un dielettrico e portati a una conveniente differenza di potenziale potenziale esplosivo. L'aria interposta tra gli elettrodi è normalmente ionizzata in misura lievissima. Gli ioni presenti sotto la azione del campo elettrico si precipitano rispettivamente sugli elettrodi di nome contrario.

Il fenomeno di conduzione del gas viene incrementato anche dagli elettroni emessi dall'elettrodo negativo, in seguito al bombardamento degli ioni positivi. Da quanto precede si capisce come la distanza esplosiva, cioè quella distanza tra gli elettrodi per cui per una data differenza di potenziale scocca la scintilla, dipenda, oltre che dalla forma degli elettrodi, anche dalla natura e pressione del gas interposto.

La scintilla viene prodotta e utilizzata in varî casi, per es. Vedi anche.

Vedi la prima figura e le prime due foto. Pertanto nella letteratura si raccomanda ai fini del conteggio delle scintille, di scartare le prime. Vedi la seconda figura. Questa connessione viene detta in serie: la stessa quantità di cariche che si accumula nella bottiglia in esame si affaccia tra le armature della bottiglia di Lane.

Subito dopo la bottiglia di Lane inizia la ricarica e il processo si ripete.

Elettrometro di Lane

Si nota ben presto che le scintille diventano via via meno frequenti poiché il condensatore in esame sta completando la sua carica. Per manovre basta uno spessore del rivestimento di 30 m m affinché il contatto sia sempre argento-argento. Ci sono degli specifici componenti interruttori che interrompono il circuito nel momento in cui si manifesta un corto circuito.

Tutti gli altri componenti del circuito devono essere in grado di sopportare gli effetti della corrente di corto circuito negli istanti in cui essa sussiste.

Le correnti di corto circuito sono sfasate notevolmente rispetto alla tensione che le genera. Gli effetti associati alla corrente di corto circuito sono lo smaltimento della potenza Joule accumulata per effetto termico e le sollecitazioni elettrodinamiche.

Dati i brevi tempi si considera che i processi siano completamente adiabatici. Facciamo due conti:. Considerando che le forze dipendono dal quadrato della corrente. Condizioni di corto circuito permanente: Forza Il problema è che la forza è un impulso di breve durata e non uno sforzo graduale. Queste sono prove di tenuta alla corrente termica e prova di tenuta alla corrente dinamica di corto circuito. Linea aerea: è caratterizzata da un isolamento autoripristinante.

Per poter controllare il campo è necessario realizzare le condizioni di condensatore cilindrico il campo ha intensità maggiore nella superficie più vicina al conduttore.

La sezione del conduttore è formata da più trefoli fili elementari in modo da rendere più flessibile il cavo. Per questo motivo non si ottiene un cilindro perfetto e il campo non è uniforme con una conseguente diversa sollecitazione nei diversi punti. Prima dei fili elementari conduttori in rame si mette una copertura di isolante conduttore schermo. Si tratta di uno spessore considerevole rispetto al valore della tensione da tenere tuttavia il conduttore deve resistere a sforzi oltre che di natura elettrica anche di natura meccanica.

Le sezioni più piccole sopportano delle densità di corrente maggiori rispetto a quelle più grandi perché il limite è dato dalla T max che non deve essere superata. Per controllare questo primo effetto i trefoli conduttori vengono intrecciati elica. Il comportamento del cavo dovuto a questi sforzi dipende anche dalla modalità con cui viene fissato il cavo. Processo adiabatico. Anche la cabina viene protetta in riferimento alla. Ha tre posizioni: chiuso, aperto, messa a terra. In media tensione le tre operazioni sono fatte da un unico dispositivo mentre in alta tensione la messa a terra viene fatta con un sezionatore di terra.

È un dispositivo in grado di aprire la corrente nominale. Nello schema che abbiamo visto deve intervenire solo per aprire la linea quando sia necessario lavorare sul trasformatore.

È un dispositivo molto importante ai fini della sicurezza delle persone, di per sé è un qualcosa di basso costo e che occupa poco spazio. Ne viene installato uno per ogni fase attiva. Il condensatore A in realtà è un isolatore capacitivo.

Esso è simile agli isolatori portanti; al suo interno vi sono due elettrodi sferici che fungono da capacità. I valori di capacità che si ottengono sono molto piccoli e si aggirano intorno ai 35 pF.

Per tale motivo sono in fase di studio alcune norme per salvaguardare le persone da incidenti di questo tipo. Per questo nelle caratteristiche si danno anche i valori di corrente che riescono ad aprire per i trasformatori e cavi a vuoto 16A e 25A sono valori tipici.

Rigidità dielettrica

Quando la scarica in un gas inerte assume un carattere ordinato, stabile, con intensità di corrente elevata, allora si usa il termine arco. A pressioni prossime a quella atmosferica e per forti gradienti di tensione si ha poi la cosiddetta scarica corona o effetto corona.

La scarica nei dielettrici è dovuta a perdita di isolamento nel punto in cui essa ha luogo: il fenomeno è generalmente permanente e determina la distruzione del componente in cui avviene, salvo il caso in cui il dielettrico sia costituito da carta metallizzata, poiché in tal caso viene bruciato lo strato metallizzato depositato sulla carta.

Questo valore critico del campo dipende da diversi fattori: tipo di materiale, configurazione del campo per esempio forma a punta degli elettrodi e distanza fra di essi, andamento temporale della tensione fra gli elettrodi ; nel caso di dielettrico gassoso essa dipende dalla pressione, natura e temperatura del gas. In determinati casi, la scarica disruptiva viene nella tecnica determinata apposta per il funzionamento di particolari organi, per esempio per l'accensione del carburante nei motori a carburazione.

Hanno luogo fra due elettrodi immersi in un gas a pressione costante argo, elio, neon , per tensioni applicate crescenti, ma inizialmente talmente basse da non produrre ionizzazione nel gas.

Si ha pertanto passaggio di corrente secondo il tratto AB della caratteristica corrente-tensione soltanto se esistono cause esterne di ionizzazione, quali emissione termoelettronica, radiazioni cosmiche ecc. L'aumento dell'intensità di corrente iniziale corrisponde al flusso di questi ioni che si ricombinano e diffondono verso le pareti del contenitore. La corrente assorbita per una data tensione dipende da vari fattori: forma, distanza e natura degli elettrodi, natura, pressione e temperatura del gas.

Le più moderne bobine di Tesla usano semplici toroidi, tipicamente costruiti da fili metallici o da tubi piegati di alluminio, per controllare l'elevato campo elettrico vicino alla sommità del secondario e indirizzare le scariche all'esterno, lontano dalle spire primarie e secondarie.

Alcuni lavori di Tesla richiesero un accoppiamento più stretto, un nucleo ad aria, un trasformatore di alta frequenza, dove il conduttore in uscita poi alimentava un altro risonatore, qualche volta chiamato "bobina addizionale", o semplicemente " secondario superiore".

Il principio è che l'energia si accumula nella bobina superiore risonante e la parte del trasformatore secondario è data dal "meno potente" secondario separato; le parti non sono condivise da un singolo secondario. La moderna tripla bobina del sistema del Trasmettitore Intensificante spesso posiziona il superiore secondario a distanza dal trasformatore, o lo avvolge su una forma di bobina di diametro notevolmente più piccola.

Questo particolare circuito di Tesla consiste di una bobina in stretta relazione induttiva con un primario, ed un terminale connesso a una piastra di terra, mentre l'altro terminale è condotto attraverso una bobina di autoinduzione separata la cui connessione dovrebbe essere fatta a sempre, o vicino, il centro geometrico della forma circolare di quella bobina per assicurare una distribuzione simmetrica della corrente , e di un cilindro metallico che porta la corrente al terminale.

L'importante requisito è che i lati primari e secondari devono essere sintonizzati alla stessa frequenza risonante per permettere trasferimento efficiente di energia tra il primario ed i circuiti risonanti secondari. Il conduttore dell'asta terminale topload è nella forma di un cilindro con superficie liscia di un raggio più grande di quello dei piastre di metallo sferiche, e si allarga fuori al fondo in un contenitore che è utilizzato per evitare perdita da correnti parassite e per sicurezza.

Ionizzazione dei gas

La bobina secondaria è avvolta su un tamburo di materiale isolante, con le sue spire strette. Quando l'effetto del piccolo raggio di curvatura del filo stesso è superato, la bobina secondaria più bassa si comporta come un conduttore di grande raggio di curvatura, corrispondente a quello del tamburo questo effetto è applicabile altrove.

Questo diminuisce la tendenza della carica a irrompere fuori dal filo che connette entrambi ed a passare lungo il supporto. Le moderne bobine di Tesla, basate a transistor o su tubi a vuoto, non usano uno spinterometro. Invece, il transistor i o tubo i a vuoto offre la funzione di commutazione o amplificazione necessaria a generare RF che alimenta il circuito primario. Bobine di Tesla a transistor usano la tensione di funzionamento primaria più bassa, tipicamente tra a volt e guida le spire primarie usando un ponte a metà o un circuito a ponte completo a transistor bipolari , MOSFETs o IGBTs per cambiare la corrente primaria.

L'avvolgimento primario di un tradizionale bobina di Tesla a transistor avvolge solamente la parte più bassa del secondario qualche volta chiamato risonante. Questo aiuta a evidenziare l'operato del secondario come un risonatore pompato.

Il primario incita tensione alternata nella porzione più bassa del secondario, mentre offrendo "spinte" regolari simile a spinte propriamente calcolate e previste in un'oscillazione di campo. Energia supplementare è trasferita dal primario all'induttanza secondaria e la capacità del terminale superiore durante ogni "spinta", e la tensione di produzione secondaria costituisce produzione dell'anello superiore dell'apparato.

Un circuito di reazione elettronico è di solito usato per sincronizzare adattivamente l'oscillatore primario alla risonanza crescente nel secondario, e questa è l'unica considerazione di sintonia, oltre alla scelta progettuale iniziale di un ragionato terminale superiore. A causa del circuito risonante supplementare, sono necessarie rettifiche manuali ed una di sintonia adattiva. Un interruttore è spesso usato per ridurre anche il ciclo dativo del ponte di commutazione per migliorare capacità di potenza di picco; similmente, IGBTs sono più popolari in questa applicazione che transistor bipolari o MOSFETs , a causa delle loro caratteristiche di manipolazione di potenza superiori.

Se le attuali bobine di Tesla sono usate riduttivamente soprattutto per produrre scariche disruptive fulmini artificiali , archi elettrici , lo scopo per cui furono progettate fu quello di generare un campo elettrico scalare capace di trasmettere energia senza fili definibile come "reattiva", a differenza delle onde elettromagnetiche che trasmettono energia attiva.

La maggior parte di incidenti sono stati causati dalla pericolosa corrente del circuito a bassa tensione, più che dall'elevata tensione del circuito secondario. Le persone e gli animali devono essere tenuti lontano dalle bobine di Tesla in funzione.

L'avvolgimento primario di una bobina di Tesla e lo spinterometro sono in serie, il condensatore a tanica in parallelo, oppure, il primario e il condensatore a tanica in serie e lo spinterometro in parallelo. In ogni circuito, il trasformatore di alimentazione di corrente alternata carica il condensatore a tanica finché la sua tensione è sufficiente a irrompere nello spinterometro.

L'apertura dello spinterometro scocca scintille immediatamente, permettendo al condensatore caricato di scaricarsi nell'avvolgimento primario. Una volta che l'apertura emette scariche elettriche, il comportamento elettrico di entrambi i circuiti è identico. Esperimenti hanno mostrato che nessuno dei due circuiti offre una marcata prestazione a vantaggio dell'altro. Comunque, nel circuito tipico sinistra , l'azione di cortocircuito dello spinterometro previene che oscillazioni di alta frequenza ritornino nel trasformatore di alimentazione.

Nel circuito alternato, la grande ampiezza delle oscillazioni di alta frequenza che scorrono attraverso il condensatore sono applicate anche alle spire del trasformatore di alimentazione. Esperti costruttori di bobine di Tesla usano quasi esclusivamente il circuito superiore, spesso aumentandolo con filtri passa basso reti di resistenza e condensatore, RC tra il trasformatore di alimentazione e spinterometro per aiutare a proteggere il trasformatore di alimentazione.

Si adoperare anche una vernice anti-corona per evitare che il circuito secondario si autodistrugga, inoltre viene aggiunto sopra il circuito primario un avvolgimento di sicurezza messo a terra, in modo che quando le scariche del secondario sono molto lunghe anziché colpire il circuito primario ed entrare poi nel trasformatore HV, vadano dirette verso terra. Questo è molto importante quando si usano trasformatori con spire di alta tensione fragili, come trasformatori per luci al Neon Neon Sign Transformers - NST.

Nonostante la configurazione usata, il trasformatore di HV deve essere del tipo che auto-limiti la sua corrente secondaria a causa di perdite interne dell'induttanza.

Un trasformatore di alta tensione normale con induttanza a bassa perdita deve usare un limitatore esterno qualche volta chiamato "ballast" per limitare corrente. I NST sono progettati per avere una perdita di induttanza alta per limitare il cortocircuito di corrente a un livello sicuro.

La frequenza risonante della bobina primaria dovrebbe essere sintonizzata allo stesso valore della bobina secondaria usando oscillazioni di bassa potenza, aumentando poi la potenza finché l'apparato è messo sotto controllo. Mentre si sintonizza, una piccola sporgenza chiamata "punto di rottura" è spesso aggiunta al terminale superiore per promuovere l'emissione di archi e di scariche a scintilla qualche volta chiamati bagliori nell'aria circostante.

La capacità 'caricata' dalle scariche tende a variare abbassare la frequenza risonante di una Bobina di Tesla che opera a piena potenza.

Concorso Energia in gioco IT

Per una varietà di ragioni tecniche, i toroidi offrono una delle forme più efficienti per i terminali superiori delle bobine di Tesla. Siccome le bobine di Tesla possono produrre correnti o scariche , di frequenza e tensione molto alta, sono utili per vari scopi, incluso dimostrazioni scolastiche, effetti speciali scenografici teatro, film ; possono essere inoltre utilizzate per il collaudo di prodotti tecnologici.

Mentre si generano scariche, l'energia elettrica dal secondario e toroide è trasferita all'aria circostante come carica elettrica, calore, luce e suono. Le correnti elettriche che fluiscono attraverso queste scariche sono in verità causate dal cambiamento rapido di quantità di carica da un punto il terminale superiore ad altri punti regioni vicine dell'aria.

Il processo è simile a una carica o scarica di un condensatore. La corrente che si crea dallo scorrimento di cariche all'interno di un condensatore è chiamata corrente di spostamento. Le scariche di bobine di Tesla sono formate da un risultato di correnti di spostamento appena le pulsazioni di cariche elettriche sono trasferite rapidamente tra il toroide di alta tensione e regioni vicine dell'aria chiamate regioni di carica spaziale.

Anche se le regioni di carica spaziale attorno al toroide sono invisibili, hanno un ruolo fondamentale nell'aspetto e localizzazione delle scariche delle Bobina di Tesla.

Quando lo spinterometro genera scintille, il condensatore carico si scarica nelle spire del primario, causando delle oscillazioni nel circuito primario. La corrente primaria oscillante crea un campo magnetico che si accoppia alle spire del secondario, trasferendo energia nella seconda da parte del trasformatore e facendolo oscillare con la capacità del toroide.

Il trasferimento di energia avviene in un certo numero di cicli, e la maggior parte dell'energia che era in origine nel primario è trasferita nel secondario. Più è grande l'accoppiamento magnetico tra le spire, più è breve il tempo richiesto per completare il trasferimento di energia.

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Come l'energia si forma all'interno del circuito secondario oscillante, l'ampiezza della tensione di RF del toroide rapidamente aumenta e l'aria che circonda il toroide comincia a subire una rottura dielettrica, formando scariche. Dato che l'energia della bobina secondaria e la tensione in uscita continuano ad aumentare, maggiori pulsazioni di corrente di spostamento ionizzano e scaldano maggiormente l'aria al punto di rottura iniziale.

Questo forma un punto di "radice" molto caldo e quindi più conduttivo di plasma surriscaldato. La radice che irrompe fuori dal toroide è detta guida. Il plasma all'interno della guida, pur essendo simile a quello di un arco elettrico, è notevolmente più caldo di una semplice scarica ad arco, quindi è anche notevolmente più conduttivo.

La guida si dirama, poi, in migliaia di scariche più sottili, più fredde, simili a capelli chiamate bagliori. I bagliori sembrano come una 'foschia' bluastra alle fine delle guide più luminose: sono i lampi che, in verità, trasferiscono la carica tra le guide e toroidi a regioni spaziali di carica attorno.

Le correnti di spostamento, generate da innumerevoli lampi tutti contenuti nella guida, aiutano a tenere la guida calda ed elettricamente ad alta conduttività.