¿Por qué el arco eléctrico en un interruptor prefiere un camino curvo sobre un camino recto?

Recientemente encontré este video de una línea de 500 kilovoltios que se abre bajo carga.

Cuando los contactos del interruptor se separan, como era de esperar, comienza un arco eléctrico. Mientras los contactos están cerca uno del otro, el arco sigue una trayectoria recta entre los contactos. Luego, a medida que los contactos se separan más, el arco comienza a doblarse y convertirse en una curva pronunciada y su longitud se vuelve varias veces mayor que la distancia entre los contactos. Entonces, finalmente, el arco simplemente se desvanece.

Eso no tiene sentido para mí. Tal como lo veo, el arco debe tomar el camino de menor resistencia y ese es claramente un camino recto, no una curva pronunciada. Aún más, si el arco toma un camino curvo, ¿por qué se desvanecería repentinamente en lugar de simplemente tomar un camino menos curvo de menos resistencia y seguir funcionando?

¿Por qué el arco se comporta de esta manera: primero prefiere un camino curvo y luego se desvanece repentinamente?

Hay muchas respuestas aquí, pero la física podría dar una mejor respuesta.

Respuestas (4)

Este era un comentario pero los enlaces eran demasiado largos.

Además de lo que otros han dicho, busque " explosión magnética " y sorpréndase adecuadamente. Más para DC pero ciertamente no solo. Se utiliza un imán para desviar el arco de modo que se alargue y falle.

Equipado incluso en dispositivos de conmutación muy pequeños y comunes. Muchos de estos y estos

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Incluso Tesla lo hizo :-)

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Sólo interés - desde aquí

EXPERIMENTOS CON CORRIENTES ALTERNAS DE ALTO POTENCIAL Y ALTA FRECUENCIA.

POR NIKOLA TESLA.

CONFERENCIA IMPARTIDA ANTE LA INSTITUCIÓN DE INGENIEROS ELÉCTRICOS, LONDRES.
Con Retrato y Boceto Biográfico del Autor.
NUEVA YORK: 1892

Guau. Así que no depende de la convección, ¿verdad? ¿Qué sucede si hay una falla en el circuito que alimenta los imanes?
@sharptooth - Como arriba - esto es ASÍ COMO convección. Más en uso de CC pero también de CA. A menudo, imanes permanentes en pequeños interruptores. En sistemas de muy alto voltaje, el arco siempre se detendrá. Eventualmente :-).
Pero en el video no hay tal sistema, ¿verdad?

Hay dos fenómenos combinados:

  1. La corriente elige siempre el camino menos resistivo, que no es necesariamente el más corto, como se puede comprobar fácilmente mediante circuitos físicos;

  2. Tales voltajes y corrientes tan altos tienen un efecto de ionización en el aire circundante (los electrones son arrancados de los átomos) que hacen que se vuelva más conductivo en el área donde fluye esta corriente, pero al mismo tiempo también más caliente; este aire caliente es más liviano que el aire más frío que lo rodea, por lo que comienza a subir, pero aún deja este camino "conductor" en el que la corriente continúa fluyendo.

Este proceso termina cuando el camino del aire más conductivo se vuelve demasiado resistente para que fluya suficiente corriente en él, y el aire ionizado sube, reemplazado por aire "normal" y menos conductivo, que no es lo suficientemente conductivo para crear el arco. Probablemente el arco fue causado por un evento, como una sobretensión, o simplemente, como en uno de los videos, un objeto que bajó la resistencia entre los dos contactos; O, como el video del ejemplo, un interruptor que se está abriendo. Cuando el arco se desvanece, también se debe a que este evento desencadenante ha cesado.

Entonces, ¿por qué el arco se desvanece repentinamente?
Creo que se detuvo porque una estación aguas arriba desconectó la energía. Creo que si se hubiera disipado debido a una mayor resistencia, se habría reiniciado en un punto más bajo (como la escalera de Jacob).
@W5VO pero si miras el video publicado por Nick, la escalera se detiene hasta que un nuevo evento hace que comience de nuevo.
me pareció que para cuando la descarga de largo recorrido se extingue, el espacio entre los contactos abiertos se ha ampliado hasta el punto de que los 500 kV ya no pueden perforar el aire normal en el espacio.
@JustJeff pero considere lo que dice la pregunta: el arco hace un camino más largo, por lo que no es completamente cierto lo que dice; hay un momento en que las condiciones ya no son buenas para que fluya la corriente, y una de ellas es la distancia.
@clabacchio: debo mantener mi punto. El camino de la descarga puede ser más largo, serpenteando por encima del espacio como lo hace, pero ese camino está compuesto de aire ionizado caliente; a pesar de que es más larga en distancia, tiene menor resistencia que el aire frío en el camino directo en el espacio. Si ha jugado con alto voltaje, por ejemplo, incluso un transformador de letrero de neón, debe saber que siempre puede extraer una chispa más larga que el espacio necesario para encender el arco, y una vez que se pierde la chispa, debe traer los conductores más cerca para que comience de nuevo.

El aire se ioniza inicialmente y se forma un arco. Siendo aire, y siendo caliente, asciende.

El aire ionizado del "túnel" sube y se "rompe" en cuyo punto se extingue el arco.

¿De hecho, el interruptor depende de la convección para romper el arco?
@sharptooth En este caso, parece que :) y el hecho de que, en teoría, cuando el arco se desvanece, los contactos están demasiado separados para crear un arco.
@sharptooth - No en general, no. El video publicado fue una falla del sistema. En general, los interruptores están diseñados para que se abran muy rápidamente y a una distancia lo suficientemente amplia como para extinguir ("apagar") el arco de manera confiable y segura. En realidad, hay algunos interruptores de alta potencia que crean intencionalmente un chorro de aire entre los contactos para detener el arco más rápidamente cuando se abre el interruptor.

El arco ioniza el aire. El aire tiene una resistencia finita, por lo que se calienta cuando la corriente fluye a través de él. A medida que se calienta, se vuelve más flotante y se eleva. La corriente simplemente sigue el camino de menor resistencia.

Jacob's Ladder es un dispositivo de efectos visuales que funciona según este principio. Algunas escenas de laboratorio en la película Frankenstein lo presentan. Hay algunos videos de Jacob's Ladder en YouTube ( aquí hay uno ).

EDITAR: Mire cuidadosamente al comienzo del experimento en OP. Notarás que el arco comienza con algo ardiendo en una línea recta horizontal. Había un conductor que se quemó y que había establecido el arco inicial (túnel de aire ionizado).

Entonces, ¿por qué el arco se desvanece repentinamente?
@sharptooth La descripción del video de YouTube en su OP dice que el arco fue alimentado desde un reactor. No estoy seguro de qué significa el término en los sistemas de transmisión de energía, pero supongo que el reactor almacena energía como campo magnético. Al final del experimento, la energía almacenada en el reactor puede haberse disipado. La tripulación también pudo haber cortado la fuente de alimentación que alimentaba el arco.
¿Por qué el arco eléctrico en un interruptor prefiere un camino curvo sobre un camino recto?
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