Spark gap

Una bujía utiliza un espacio entre electrodos para iniciar la combustión . El calor de la estela de ionización, pero sobre todo la radiación ultravioleta y los electrones libres calientes (ambos causan la formación de radicales libres reactivos), encienden una mezcla de combustible y aire dentro de un motor de combustión interna o un quemador en un horno o estufa. Cuanta más radiación ultravioleta se produzca y se propague con éxito en la cámara de combustión, más avanzará el proceso de combustión.

La mezcla de hidrógeno y oxígeno del propulsor del motor principal del transbordador espacial se encendía con un encendedor de chispa. ^{[ 2 ]}

Los descargadores de chispa se utilizan frecuentemente para evitar que las sobretensiones dañen los equipos. Se emplean en interruptores de alta tensión , grandes transformadores de potencia , centrales eléctricas y subestaciones . Estos interruptores constan de una gran cuchilla de conmutación de accionamiento remoto con una bisagra como primer contacto y dos resortes de lámina que sujetan el otro extremo como segundo contacto. Al abrir la cuchilla, una chispa puede mantener la conexión entre la cuchilla y el resorte en conducción. La chispa ioniza el aire, que se vuelve conductor y permite la formación de un arco eléctrico, el cual mantiene la ionización y, por lo tanto, la conducción. Una escalera de Jacob colocada sobre el interruptor hará que el arco ascienda y finalmente se extinga. También se pueden encontrar pequeñas escaleras de Jacob montadas sobre aisladores cerámicos de torres de alta tensión. A veces se las denomina descargadores de cuerno. Si una chispa lograra saltar por encima del aislador y generar un arco eléctrico, este se extinguiría.

Los pequeños descargadores de chispa se utilizan a menudo para proteger equipos eléctricos o electrónicos sensibles de sobretensiones . En versiones sofisticadas de estos dispositivos (llamados pararrayos de tubo de gas), ^{[ 3 ]} un pequeño descargador de chispa se rompe durante una sobretensión anormal, desviándola de forma segura a tierra y protegiendo así el equipo. Estos dispositivos se utilizan comúnmente en las líneas telefónicas al entrar en un edificio; los descargadores de chispa ayudan a proteger el edificio y los circuitos telefónicos internos de los efectos de los rayos . Los descargadores de chispa menos sofisticados (y mucho menos costosos) se fabrican utilizando condensadores cerámicos modificados ; en estos dispositivos, el descargador de chispa es simplemente un espacio de aire cortado entre los dos cables conductores que conectan el condensador al circuito. Una sobretensión provoca una chispa que salta de un cable conductor a otro a través del espacio dejado por el proceso de corte. Estos dispositivos de bajo costo se utilizan a menudo para prevenir arcos dañinos entre los elementos del cañón de electrones dentro de un tubo de rayos catódicos (TRC).

Los pequeños descargadores de chispas son muy comunes en los cuadros de distribución telefónica , ya que los largos cables telefónicos son muy susceptibles a las sobretensiones inducidas por los rayos . Los descargadores de chispas más grandes se utilizan para proteger las líneas eléctricas .

En ocasiones, se implementan descargadores de chispa en placas de circuitos impresos de productos electrónicos mediante dos pistas expuestas muy próximas entre sí. Este es un método prácticamente gratuito para añadir una protección básica contra sobretensiones a los productos electrónicos. ^{[ 4 ]}

Los transiles y trisils son las alternativas de estado sólido a los descargadores de chispa para aplicaciones de baja potencia. Las bombillas de neón también se utilizan para este fin.

En un flash con espacio de aire, se utiliza una chispa activada para producir destellos de luz fotográfica en el rango de los submicrosegundos.

Una chispa irradia energía a través del espectro electromagnético . Actualmente, esto se considera una interferencia de radiofrecuencia ilegal y se reprime, pero en los inicios de las radiocomunicaciones (1880-1920 ) , este era el medio por el cual se transmitían las señales de radio en el transmisor de chispa sin modular . Muchos transmisores de chispa para radio incluyen dispositivos de refrigeración, como el interruptor rotatorio y los disipadores de calor , ya que la chispa se calienta bastante con el uso continuo a alta potencia.

Un descargador de chispa esférico calibrado se romperá a un voltaje altamente repetible, una vez corregido por la presión atmosférica, la humedad y la temperatura. Un espacio entre dos esferas puede proporcionar una medición de voltaje sin componentes electrónicos ni divisores de voltaje, con una precisión de aproximadamente el 3 %. Un descargador de chispa puede utilizarse para medir voltajes altos de CA, CC o pulsos, pero para pulsos muy cortos, se puede colocar una fuente de luz ultravioleta o una fuente radiactiva en uno de los terminales para proporcionar una fuente de electrones. ^{[ 5 ]}

Los descargadores de chispa pueden utilizarse como interruptores eléctricos debido a que presentan dos estados con resistencias eléctricas significativamente diferentes. La resistencia entre los electrodos puede alcanzar valores de hasta 10¹² ^ohmios cuando están separados por gas o vacío, lo que implica un flujo de corriente mínimo incluso con un alto voltaje entre ellos. La resistencia disminuye hasta 10⁻³ ^ohmios cuando los electrodos están conectados por plasma, lo que significa una baja disipación de potencia incluso a altas corrientes. Esta combinación de propiedades ha propiciado el uso de descargadores de chispa como interruptores eléctricos en aplicaciones de potencia pulsada , donde la energía se almacena a alto voltaje en un condensador y posteriormente se descarga a alta corriente. Algunos ejemplos incluyen láseres pulsados , cañones electromagnéticos , generadores Marx , fusión nuclear , investigación de campos magnéticos pulsados ​​ultrarrápidos y activación de bombas nucleares .

Cuando un espacio de chispa consta de solo dos electrodos separados por gas, la transición entre los estados no conductor y conductor se rige por la ley de Paschen . En combinaciones típicas de presión y distancia entre electrodos, la ley de Paschen establece que la descarga de Townsend llenará el espacio entre los electrodos con plasma conductor siempre que la relación entre la intensidad del campo eléctrico y la presión supere un valor constante determinado por la composición del gas. La velocidad con la que se puede reducir la presión está limitada por el flujo estrangulado , mientras que el aumento del campo eléctrico en un circuito de descarga de condensador está limitado por la capacitancia del circuito y la corriente disponible para cargarla . Estas limitaciones en la velocidad de inicio de la descarga implican que los espacios de chispa con dos electrodos suelen presentar una alta fluctuación (jitter ). ^{[ 6 ]}

Los descargadores de chispa activados son una clase de dispositivos con algún medio adicional de activación para lograr una baja fluctuación (jitter). Lo más común es un tercer electrodo, como en un trigatrón . El voltaje del electrodo de activación se puede cambiar rápidamente debido a la pequeña capacitancia entre este y los otros electrodos. En un descargador de chispa activado, la presión del gas se optimiza para minimizar la fluctuación y evitar activaciones involuntarias. Los descargadores de chispa activados se fabrican en versiones selladas permanentemente con un rango de voltaje limitado y en versiones presurizadas por el usuario con un rango de voltaje proporcional al rango de presión disponible. Los descargadores de chispa activados comparten muchas similitudes con otros tubos llenos de gas, como tiratrones , critrones , ignitrones y crossatrones .

Los espacios de vacío activados, o sprytrons , se asemejan a los espacios de chispa activados tanto en apariencia como en construcción, pero se basan en un principio de funcionamiento diferente. Un espacio de vacío activado consta de tres electrodos en una envoltura hermética de vidrio o cerámica que ha sido evacuada. Esto significa que, a diferencia de un espacio de chispa activado, un espacio de vacío activado opera en el espacio de parámetros a la izquierda del mínimo de Paschen, donde la ruptura se promueve al aumentar la presión. La corriente entre los electrodos está limitada a un valor pequeño por la emisión de campo en el estado no conductor. La ruptura se inicia por la rápida evaporación de material de un electrodo activador o un recubrimiento resistivo adyacente. Una vez que se inicia el arco de vacío , un espacio de vacío activado se llena con plasma conductor como en cualquier otro espacio de chispa. Un espacio de vacío activado tiene un rango de voltaje de funcionamiento mayor que un espacio de chispa activado sellado porque las curvas de Paschen son mucho más pronunciadas a la izquierda del mínimo de Paschen que a presiones más altas. Los espacios de vacío activados también son resistentes a la radiación porque en el estado no conductor no contienen ningún gas que pueda ionizarse por la radiación . ^{[ 7 ]}

También se utilizan como matainsectos eléctricos. Los dos electrodos son rejillas metálicas colocadas a una distancia ligeramente mayor de la necesaria para que salte el voltaje. Cuando un insecto se acerca a los electrodos, la distancia entre ellos se reduce debido a la conductividad de su cuerpo, lo que provoca una descarga eléctrica que lo electrocuta y quema.

En este caso, el mecanismo de chispa se suele utilizar junto con un cebo, como una luz, para atraer al insecto hacia la chispa.