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Arc électrique
Arcs électriques sur les rails du métro de Londres
Arcs électriques sur les rails du métro de Londres

Généralités

Un arc électrique est un courant électrique visible dans un milieu isolant (gaz, vide...). La découverte de ce phénomène est due au chimiste (Un chimiste est un scientifique qui étudie la chimie, c'est-à-dire la science de la matière à l'échelle moléculaire ou atomique ("supra-atomique"). Le mot chimiste est dérivé d'alchimiste...) et physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot physicien dérive du grec, qui...) anglais sir Humphry Davy (Davy (titre original : Davy) est un roman de Edgar Pangborn publié en 1964.) en 1813. L'explication de l'arc électrique (Un arc électrique est un courant électrique visible dans un milieu isolant (gaz, vide...). La découverte de ce phénomène est due au chimiste et physicien anglais sir Humphry Davy en 1813....) relève d'une physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) très complexe.

Explication simple

Une explication simple serait de dire que l'arc se crée par une ionisation (L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une molécule. L'atome - ou la molécule - en perdant ou en gagnant des charges n'est plus neutre...) du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout le...) qui a lieu d'autant plus facilement que les surfaces sont proches et conductrices.

Une fois ionisé, le gaz crée un canal conducteur qui entraîne le reste de la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être...) présente sur la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) de départ. L'arc continue alors, même si les surfaces s'écartent l'une de l'autre et pour autant que la différence de potentiel reste suffisante, mais plusieurs ordres de grandeurs par rapport au champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par des particules chargées...) critique sont nécessaires pour ioniser l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les...).

En effet, le champ disruptif (La rigidité diélectrique d’un milieu isolant représente la valeur maximum du champ électrique que le milieu peut supporter avant le déclenchement...) de l'air est évalué à 3600 V/mm pour de l'air sec à la pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.) et au niveau de la mer (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence adéquat.), il peut descendre à un seuil de 1000 V/mm dans un air saturé en humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).), ceci pour des distances inter-électrodes proches (de l'ordre du millimètre ou du centimètre). Pour des distances plus grandes, ce champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) disruptif est encore plus élevé.

La position d'un arc électrique est stable : une fois qu'il a trouvé le chemin le plus court, il y reste (principe de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) minimale). Toute la difficulté pour un soudage à l'arc est donc de maîtriser l'arc d'un mouvement continu pour lui faire garder la forme que l'on désire malgré le fait que la surface émettrice (ou plus rarement réceptrice) soit parfois un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) aigus.

Un courant traversant un arc électrique est généralement intense (voir intensité électrique) et variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un...). C'est pourquoi un arc électrique cause de fortes perturbations électromagnétiques, un capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure,...) électrique peut difficilement trouver sa place en sa proximité.

L'établissement d'un arc électrique peut être favorisé par émission thermoïonique, en particulier dans le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), par échauffement des électrodes conductrices (les électrons quittent plus souvent la surface par effet tunnel).

L'écoulement du courant dans la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) ionisée émet un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée à la...) dont le spectre est caractéristique de la nature du gaz, et à un degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) moindre, de celle des électrodes dans le cas où ces dernières sont fusibles. Dans le cas général, les arcs émettent une grande proportion d'ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de la lumière visible et celle des rayons X.) particulièrement agressif pour les yeux.

Cette ionisation et l'écoulement d'un courant electrique qui s'ensuit engendrent des bruits dus à l'expansion brutale du gaz suite à son échauffement tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) aussi brutal.

Transfert de matière

Les scientifiques ont observé que les arcs électriques restent électriquement neutres. Comme il y a un flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les domaines...) d'électrons du potentiel négatif au potentiel positif, il doit obligatoirement y avoir transferts d'ions dans la direction opposée pour maintenir la neutralité électrique. Ce flux d'ions (donc de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) solide) est appelé transfert de matière.

Exemples

  • La foudre (La foudre est un phénomène naturel de décharge électrostatique disruptive qui se produit lorsque de l'électricité statique s'accumule entre des nuages d'orage ou entre un tel nuage et...) est un arc électrique de grandes dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou...) qui permet l'écoulement des charges électriques entre les nuages ou entres les nuages et la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...).
  • Les lampes à décharge utilisent les propriétés des arcs électriques pour la production de lumière (éclairage public, projecteurs, etc.).
  • La soudure électrique à l'arc produit une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) localisée engendrant la fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques, la fusion...) des matériaux, ce qui réalise des liaisons résistantes après refroidissement.
  • Les fours à arc sont utilisés en métallurgie (La métallurgie est la science des matériaux qui étudie les métaux, leurs élaborations, leurs propriétés, leurs traitements. Par extension, on désigne ainsi l’industrie de la...) pour la fusion des métaux.
  • La coupure d'un courant, obtenue par séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) de contacts, peut entraîner la production d'un arc électrique plus ou moins important, de la petite étincelle à celle du four (Un four est une enceinte maçonnée ou un appareil, muni d'un système de chauffage puissant, qui transforme, par la chaleur les produits et les objets. En cuisine, il permet de cuire des aliments. Dans un processus de production...) à arc électrique. L'extinction (D'une manière générale, le mot extinction désigne une action consistant à éteindre quelque chose. Plus particulièrement on retrouve ce terme dans plusieurs domaines :) d'un arc peut être obtenue par refroidissement ou allongement, comme par exemple dans les disjoncteurs à haute tension (La tension est une force d'extension.), ou par d'autres méthodes.
Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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