Lysbue

En lysbue, ofte unøyaktig kalt gnist, er et fenomen som oppstår når den elektriske spenningen er høyere enn det mellomliggende materialets gjennomslagsspenning. Ved gjennomslag er det vanlig at materialets karakter endrer seg, en får elektrisk nedbrytning, noe som både kan medføre en vedvarende lysbue eller en øyeblikkelig utslukking av lysbuen. Ved vedvarende lysbue så vil det dannes en bro av plasma direkte mellom elektrodene hvis det ikke er annen ytre påvirkning. Resultatet blir at strømmen vil passere i plasmaet dannet av det mellomliggende materialet og vil oppfattes som et skinnende hvitt lys (ionisering).

I vanlig luft kreves det ca 31,7 kV (volt) vekselspenning for å få gjennomslag over 10 mm i et kulegap, noe fallende med økende avstand. Dette er gjennomslagsspenningens toppverdi ved normalbetingelser. Det er ulike faktorer som bestemmer dette. Luftfuktighet, gassatmosfære, temperatur og trykk er avgjørende faktorer. Når plasmaet er etablert kan strømmen vedlikeholdes ved lavere spenning.

En lysbue fra en tesla-spole

Farer ved lysbuer

Nærkontakt med lysbuer er noe man prøver å unngå ved arbeid og betjening av elektriske systemer da disse kan medføre livsfare. Selve gjennomslaget produserer store mengder varme og dette blir synlig ved at det mellomliggende materialet, typisk luft, blir opphetet og går over til plasma. Kontinuerlig eksponering av lysbuen kan medføre brann eller eksplosjon hvis det blir avsatt tilstrekkelig varme i materiale som så ikke kan unnvike. De elektriske strømmene vil i tillegg ta korteste vei mellom lysbuens ytterpunkter, noe som kan medføre store strømmer gjennom kroppsdeler med påfølgende kramper, forstyrrelse av hjerte og lungefunksjonen, og død.

Arbeid på høyspentanlegg er regulert i egne forskrifter som krever sertifisering. Årsaken er faren for skader på mennesker og materiell ved feilaktige metoder, uforsiktighet eller direkte skjødesløshet. Et hvert arbeid på høyspentanlegg må derfor overlates til personell med slik sertifisering.

Audible karakteristikker

Lyden av lysbuer avhenger av strømstyrken, mengden av generert plasma og hvor fort plasmaet genereres. Små gnister vil være minimalt hørbare mens store gnister kan høres som en liten «knepp-lyd» eller høye smell nært eller langt over ørets smertegrense. Et overslag i en høyspentmast kan høres på flere kilometers avstand. Lyn er et eksempel på en vanlig forekommende lysbue i luft, om enn ikke et godt eksempel på en normalbetingelse over et kulegap. Når en får lynnedslag så er det et eksempel på skader som en lysbue kan påføre omgivelsene. Mengden generert plasma i et lyn er stor samtidig som det genereres på kort tid. Det kan derfor høres på lang avstand.

Praktisk bruk av fenomenet

Lysbuer kan brukes i flere ulike praktiske sammenhenger. En av de mer kjente er som «gnist» i tennplugger.

Bruk i industrien

Sam Eyde fikk gjennomslag for en ide om industriell produksjon av nitrogenoksid ved hjelp av den såkalte lysbuemetoden. Birkeland-Eydes elektriske lysbueovn bandt luftens nitrogen til oksygen og dannet nitrogenoksid (NO). På grunnlag av nitrogendioksid (NO₂) og salpetersyre (HNO₃) ble det produsert kaliumnitrat (KNO₃), som ble solgt under navnet Norgessalpeter. Metoden krever store mengder elektrisk energi.

I elektrisk sveising brukes lysbuer til å smelte arbeidsstykkene sammen. På grunn av det intense lyset som oppstår av slik sveising så er det absolutt nødvendig å bruke lyshemmende vernebriller, først og fremst for å beskytte øynene, men også for overhodet å kunne se hva man gjør.

Bruk i hjemmet

Lysbuer benyttes i lightere med elektrisk tenning der en lysbue antenner brenngassen (butan). Slike lysbuer oppstår på grunn av spenninger over et piezoelektrisk krystall, og selv om spenningen kan bli svært høy, er den totale ladningen som overføres i lysbuen beskjeden.

Insektfeller bruker også lysbuer til å drepe insekter ved å lokke dem med tiltrekkende lukt inn i et nettverk av høyspente elektroder. Insektet dør momentant når det blir truffet av lysbuen, og lysbuene kan her høres som rolig knatring. Lysbuen oppstår i dette tilfellet ved at insektet forkorter avstanden overslaget må vandre, derved er forutsetnignene tilstede for gjennombrudd hvoretter lysbuen opprettholdes til tilstrekkelig mye av insektet er forbrent og forutsetnignene ikke lengre er tilstede for å opprettholde lysbuen.

Kamerablitser benytter en lysbue i et glassrør til å utvikle et kraftig lysglimt som lyser opp fotofeltet.

Faktorer

Det er ulike faktorer som legger til rette for å få en lysbue. Dette kan være dårlig kontakt mellom to elektriske kontaktflater, overspenninger, kortslutninger av kraftige elektriske energikilder eller vanndamp som kommer i mellom to høyspentledere (overslag).