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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...) 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 connaît...) 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 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...) 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...) 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...) présente sur la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...) 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 (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) électrique 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 cabines des avions et autres...).

En effet, le champ disruptif (La rigidité diélectrique d’un milieu isolant représente la valeur maximum du champ électrique que le milieu peut...) de l'air est évalué à 3600 V/mm pour de l'air sec à la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) atmosphérique 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, ceci pour des distances inter-électrodes proches (de l'ordre du millimètre ou du centimètre). Pour des distances plus grandes, ce champ 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 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,...). 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 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 ionisée émet un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule...) de lumière dont le spectre est caractéristique de la nature du gaz, et à un degré 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,...) 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 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...) 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 bien...) 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...).
  • 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 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...) des matériaux, ce qui réalise des liaisons résistantes après refroidissement.
  • Les fours à arc sont utilisés en métallurgie pour la fusion des métaux.
  • La coupure d'un courant, obtenue par séparation 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...) à arc électrique. L'extinction (D'une manière générale, le mot extinction désigne une action consistant à éteindre quelque chose. Plus...) 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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