アーク放電についての基礎知識まとめ

2つの電極間に高い電圧を印加すると、電極間の気体が絶縁破壊を起こし、持続的に電流が流れる現象
このとき、強い光と高い熱が発生する。

アーク放電は非常に高温になるため、不用意に発生させると火災や感電などの危険を伴う。

アーク放電の特徴

• 低電圧・高電流: 一般的に、グロー放電などの他の放電現象と比較して、低い電圧で大きな電流が流れる。
• 高輝度・高温度: アークの中心部は数千℃以上の高温になり、非常に明るい光を放つ。
• 持続的な放電: 一度放電が始まると、比較的低い電圧でも持続する。
• 熱電子放出: 高温になった陰極から熱電子が放出されることで放電が維持されることが多い。

アーク放電の発生メカニズム

1. 電圧印加: 2つの電極間に十分な電圧がかけらる。
2. 絶縁破壊: 電極間の気体の絶縁性が限界を超え、イオンや電子が生成される。
3. 電流形成: 生成された荷電粒子が電界によって加速され、電極間に電流が流れ始める。
4. 加熱と発光: 電流が流れる際に、気体分子と荷電粒子が衝突し、熱と光エネルギーが放出される。
   陰極が高温になり、熱電子が放出されることで放電が維持される。

アーク放電の利用例

溶接・金属加工: アーク溶接、プラズマ切断、放電加工など
照明: アーク灯、キセノンランプ、メタルハライドランプ、蛍光灯（間接的に利用）など
産業: アーク炉（金属精錬など）、プラズマリアクター（化学反応など）
その他: 映写機の光源、舞台照明など

アークによるやけどについて

●皮膚の熱傷
アークやスパークの数千度の高熱による ・金属が溶融・ガス化し皮膚へ付着・浸透 ・熱傷面が青錆色に変化

●内部組織の火傷：人体に電流が流れるときのジュール熱による ・タンパク質の凝固 ・内部組織の壊死

→熱湯等による火傷と異なり治療に時間がかかる。

アークはその温度自体が3000℃程度あり、普通の熱傷に比べ3倍くらい深く組織内に及ぶ。
加えて、その高温のため、銅、鉛、アルミ、などの金属蒸気も発生し
皮膚に付着するため極めて症状が重くなる。

参考資料

高圧・特別高圧電気取扱特別教育テキスト　第2版　著 日本電気協会　より一部引用