불꽃방전
[ Spark discharge ]
불꽃방전은 급격한 전기 방전 현상으로, 방전 과정에서 짧은 시간 동안 많은 전류가 흘러 매질에서 불연속적인 불꽃이 발생하는 현상을 일컫는다. 공기나 가스로 구성된 매질은 보통의 상태에서는 비전도성이지만 방전에 의해 전도성으로 상태가 변하는 과정에서 빛과 소리가 발생한다.
그림 1. 불꽃방전의 일종인 번개.
그림 2. 불꽃방전을 이용한 자동차 엔진 점화플러그.
목차
불꽃방전의 원리불꽃방전은, 전기장의 세기가 매질의 유전성 깨짐(dielectric breakdown) 임계 세기보다 크질 때, 비전도성 상태에서 전도성 상태로 급격한 전이가 일어나면서 불꽃과 소리가 발생하는 현상이다. 해수면 높이에서 공기의 임계 전기장 세기는 @@NAMATH_INLINE@@30@@NAMATH_INLINE@@ kV/cm이다. 매질이 유전성 깨짐에 의해 이온화되면 전자와 이온들에 의해 전류가 흐르는 전도성 매질이 된다. 외부 전원에 의해 전류가 지속적으로 유지되면 연속적인 아크방전으로 변하게 된다.
불꽃방전의 예- 불꽃 방전의 대표적인 예로 그림 1과 같은 번개를 들 수 있다.
- 자동차 엔진에 사용되는 점화플러그(그림 2)도 불꽃방전을 이용한다. 점화플러그 끝 부분에 높은 전압을 걸어주면 불꽃방전이 일어나서 연료를 연소시키게 된다.
- 건조한 날에 마찰에 의해 옷에 정전기가 쌓인 경우 불꽃방전이 일어나는 것을 쉽게 경험할 수 있다.
불꽃방전 외에도 아래와 같은 다양한 방전 현상이 있다.
- 미광방전 (glow discharge): 전기장에 의해 비전도성 가스가 이온화되어 전도성 플라즈마가 형성되면서 빛이 발생하는 현상이다.
- 점 방전 (point discharge): 뾰족한 금속의 끝 부분에 형성된 강한 전기장에 의해 방전이 일어나는 현상이다.
- 아크방전 (arc discharge): 비전도성 가스가 전도성 플라즈마가 되어 연속적인 빛이 발생하는 현상으로 미광방전보다는 약한 전기장에서 일어난다.
- 방전관 (discharge tube, gas-filled tube)은 관속에서 일어나는 방전 현상을 이용한 것으로, 가정에서 많이 사용하는 삼파장등이 방전관의 일종이다.
이 외에도 진공방전이 있다.