ஒளிவட்ட மின்னிறக்கம்

ஒளிவட்ட மின்னிறக்கம் (Corona discharge) என்பது மின்னிறக்கத்தால் ஏற்படும் ஒரு நிகழ்வாகும். மின்னோட்டம் பாயும் கடத்தியைச் சுற்றியுள்ள மின்னூட்டம் பெற்ற பாய்மப் பொருட்களால் ஒளிவட்ட மின்னிறக்கம் நிகழ்கிறது. அதிக மின்னழுத்தம் உள்ள கம்பிகளில் மின் புலச் செறிவைக் குறைக்காவிட்டால், கம்பிகளில் தானாகவே மின்னிறக்கம் நடைபெறுகிறது.

மின்னோட்டம் பாயும் கடத்தியில் உருவாகும் மின்னிலை சரிவின் (Potential gradient) செறிவு அதிகமாக இருக்கும் போது மின்னிறக்க வட்டம் (Corona) உருவாகிறது. மின்னிலை சரிவின் (Potential gradient) செறிவின் அளவு மிக அதிகமாகும் போது மின் முறிவு (Electrical breakdown) அல்லது மின்வில் (Electric arc) உருவாகிறது. வாயு விளக்குகள் நீல நிறத்தில் ஒளியை உருவாக்குவது போல், மின்னழுத்தம் அதிகமுள்ள இடங்களில் மின்னிறக்க வட்டம் உருவாகிறது.

மின்னிறக்கம் என்பது அதிக மின்னழுத்தம் உள்ள கம்பிகளில் மின் ஆற்றல் இழக்கச் செய்யும் ஒரு நிகழ்வாகும். மின் ஆற்றலை உற்பத்தியாகும் இடத்திலிருந்து பயன்படுத்துமிடம் வரை கடத்தும் போது, மின்னிறக்கம் காரணமாக ஒரு குறிப்பிடத்தக்க அளவில் ஆற்றல் இழப்பு ஏற்படுகிறது. அதிக மின்னழுத்தத்தில் வேலை செய்யக்கூடிய தொலைக்காட்சி, ரேடியோ பரப்பிகள் (Radio transmitter), X கதிர் எந்திரம், துகள் முடுக்கிகள்ஆகியவற்றில் மின்னிறக்கம் காரணமாக ஆற்றல் இழப்பு ஏற்படுகிறது.

மின்னிறக்கத்தால் காற்றில், ஓசோன் (O₃), நைட்ரிக் ஆக்சைடு (NO), நைட்ரசன் டை ஆக்சைடு (NO₂) ஆகிய வாயுக்கள் உருவாகின்றன. இவற்றின் மூலம் காற்றிலுள்ள ஈரப்பதத்தால் நைட்ரிக் அமிலம் உருவாகிறது. இவ்வாயுக்கள் தமக்கருகிலுள்ள பொருட்களைச் சிதைவுறச் செய்வதுடன், நச்சுத்தன்மையுள்ள வாயுக்களையும் உருவாக்குகிறது.

அதிக மின்னழுத்தம் உள்ள கம்பிகளைக் மின் காப்பிடுவதன் மூலமும், வழுவழுப்பான வட்ட வடிவில் கம்பிகளை (காரோண வளையம்) உருவாக்குவதன் மூலமும் மின்னிறக்கம் உருவாவதைக் குறைக்கலாம். எனினும் காற்று வடிகட்டிகள், ஒளிநகல் சாதனங்கள் (photocopier) மற்றும் ஓசோன் இயற்றிகள் ஆகியவற்றில் கட்டுபடுத்தப்பட்ட முறையில் மின்னிறக்கம் பயன்படுகிறது.

'ஒளிவட்ட மின்னிறக்கம் என்பது மின்னோட்டம் அதிக மின்னழுத்தம் உள்ள கம்பிகள் மூலம், மின்சுமையற்ற காற்றின் வழியே பாயும் போது, மின் கம்பியைச் சுற்றி அயனியாக்கல் முறையில் பிளாசுமாவை உருவாக்கும் முறையாகும். இந்த அயனிகள் அருகிலுள்ள மின்சுமையற்ற காற்றுடன் மீண்டும் சமன் செய்யப்படுகின்றன.

ஒரு மின்புலத்தின் மின்னழுத்த வாட்டம் (Potential gradient) மிக அதிகமாக இருந்தால், அவ்விடத்திலுள்ள பாய்மப் பொருட்கள் அயனியாக்கப்பட்டு மின் கடத்தும் தன்மையைப் பெறுகின்றன. மின்னூட்டம் பெற்ற ஒரு பொருளின் கூறான பகுதிகளில் மற்ற பகுதிகளை விட மின் புலச் செறிவு அதிகமாக இருக்கும். இவ்வாறு கூறான பகுதிக்கு அருகிலுள்ள காற்று அயனியாக்கப்பட்டு மின் கடத்தும் தன்மையைப் பெறுகின்றன. மின் கடத்தும் பொருளின் அளவும், காற்றின் அருகாமையும் அயனியாக்கப்படும் தன்மையை அதிகமாக்குகின்றன.

அயனியாக்கப்படும் காற்றின் அளவு அதிகரித்துக் கொண்டே போகப்போக மின் கடத்தும் பொருளுக்கும், அயனியாக்கப்பட்ட காற்றுக்கும் இடையேயான மின்னழுத்த வேறுபாடு குறைந்து, இரண்டுக்குமிடையே ஓரு மின் கடத்தும் பாதை உருவாகிறது. இறுதியில் ஒரு மின் வில் தோன்றுகிறது.

பொதுவாக மின்னிறக்கம், மின் கடத்தும் பொருளின் வளைந்த பகுதிகளிலும், கூறான பகுதிகளிலும், துருத்திக் கொண்டிருக்கும் (projecting) பகுதிகளிலும், உலோக விளிம்புகளிலும், குறைந்த தடிமனுள்ள கம்பிகளிலும் அதிகமாக இருக்கும்.

மின் கடத்தும் பொருளில் வளைவு மிக அதிகமாக இருந்தால் மின்னழுத்த வாட்டம் (potential gradient) மிக அதிகமாக இருக்கும்.அதனால் அந்த இடங்களில் காற்று அயனியாக்கப்பட்டு பிளாசுமாவை உருவாகும்.இவற்றைக் குறைக்க, வழுவழுப்பான உலோக விளிம்புகளும், அதிக தடிமனுள்ள உருண்டையான கம்பிகளை பயன்படுத்த வேண்டும். அதிக மின்னழுத்தம் உள்ள மி்ன் கம்பிகளுக்குக் காப்பிட வேண்டும்.

மின்னிறக்கம் என்பது நேர்மறையாகவோ எதிர்மறையாகவோ (positive or negative) இருக்கும். அதிக மின்னழுத்தம் உள்ள மி்ன் கம்பியின் முனைவுத்தன்மையைப் (polarity) பொறுத்து அமையும். வளைந்த மின்வாய் நேர்மறையாக இருந்தால் மின்னிறக்கம் நேர்மறையாக இருக்கும். வளைந்த மின்வாய் எதிர்மறையாக இருந்தால் மின்னிறக்கம் எதிர்மறையாக இருக்கும். நேர்மறை மின்னிறக்கத்தில் அயனிகளும், எதிர்மறை மின்னிறக்கத்தில் இலத்திரன்களும் இருக்கும்.

மின்னிறக்கங்கள் ஓசோனை (O₃) உருவாக்குவதில் பெரும்பங்கு வகிக்கின்றன. எதிர்மறை மின்னிறக்கம் நேர்மறை மின்னிறக்கத்தை விட அதிக ஓசோனை (O₃) உருவாக்கும்.

மின்னிறக்கங்களால் தொழில் சார்ந்தும், வர்த்தக ரீதியாகவும் பல பயன்பாடுகள் உள்ளன.

• தட்டையான தளத்தில் தடைவிசையை (Drag) குறைக்கிறது.
• கரி மற்றும் தாமிர ஊசிகளின் உதவியோடு, பசுமை இல்ல வாயுவான கார்பன் டை ஆக்சைடை எதனோல் (ethanol) ஆக மாற்ற உதவுகிறது.
• விமானத்தின் மேற்பரப்பில் வளிமண்டல உராய்வினால் ஏற்படும் மின்னூட்டங்களை மின்னிறக்கத்தின் மூலம் வெளியேற்றுவதால், பெரும் விபத்துகள் தவிர்க்கப்படுகின்றன.
• ஓசோனை (O₃) உருவாக்குவதில் பெரும்பங்கு வகிக்கின்றன
• குளத்து நீரை தூய்மை செய்ய உதவுகிறது.
• குளிர்சாதனங்களில் உள்ள தேவையற்ற தூசி துகள்களை நீக்க உதவுகிறது.
• வளிமண்டலக் காற்றில் உள்ள தேவையற்ற நச்சு வாயுக்களை நீக்க உதவுகிறது.
• ஒளி நகல் எடுக்க உதவுகிறது.
• காற்றை அயனியாக்க உதவுகிறது.
• கிர்ளியன் ஒளிப்படக்கலையில் (Kirlian photography) ஒளியணுக்களை உருவாக்க உதவுகிறது.
• நைதரசன் லேசரில் பயன்படுகிறது.
• பல்தைரீன் (polystyrene) திசு வளர்ப்பில், அதன் மேற்பரப்பை சீர் செய்ய உதவுகிறது.
• அடர்த்தி வழி பிரிக்கும் முறையில் mass spectrometer வாயு மாதிரிகளை அயனியாக்கம் செய்ய உதவுகிறது.
• கணிப்பொறிச் சில்லுகளைக் குளிர்விக்க மின்னிறக்கம் (solid-state fan) உதவுகிறது.
• வான் டி கிராப் நிலை மின்னியற்றியில் நிலைப்படுத்தியாகப் பயன்படுகிறது.
• எளிதில் அயனியாகும் கம்பிகளை நடுநிலையாக்கப் பயன்படுகிறது.

மின்னிறக்கத்தால் பொருட்களின் மேற்பரப்பில் மின்னூட்டம் உருவாக்கப்படுவதால், இந்த தத்துவம் ஒளி நகல் எடுக்கும் கருவியில் பயன்படுகிறது. காற்றில் உள்ள தூசிகளை நீக்க உதவுகிறது. எதிர் மின்னூட்டம் பெற்ற துகள்களை அனுப்புவதன் மூலம், காற்றில் உள்ள தூசிகள் நமன்செய்யப்பட்டு கீழே விழுந்து விடுகிறது. காற்றிலுள்ள நச்சு வாயுக்களை நீக்கவும், ஓசோனை (O₃) உருவாக்குவும் உதவுகிறது.

மின்னிறக்கத்தால் கேட்கக்கூடிய மற்றும் ரேடியோ அதிர்வெண் இரைச்சல்களை உருவாகும். மின்னோட்டம் பாயும் கம்பியில் தேவையற்ற மின் இழப்பு ஏற்படுகிறது. துகள்மங்கள் (particulate), ஓசோனை (O₃), நைட்ரசன் சேர்மங்கள் ஆகியவற்றை சில இடங்களில் தேவையில்லாமல் உருவாகிறது. இதனால் மாசுபாடு ஏற்படுகிறது.

கீழ்கண்டவற்றில் மின்னிறக்கம் ஒரு தேவையற்ற விளைவாகும்

• மின்திறன் செலுத்தும் போது ஏற்படும் விளைவுகள்
  • மின்திறன் இழப்பு
  • கேட்கக்கூடிய இரைச்சல்
  • மின் காந்த குறுக்கீடுகள் (Electromagnetic interference)
  • தேவையற்ற செவ்வூதா ஒளிர்வு
  • ஓசோனை (O₃) சில இடங்களில் தேவையில்லாமல் உருவாகிறது
  • மின் காப்பை சேதம் செய்தல்
  • இவை உருவாக்கும் புற ஊதாக் கதிர்கள் சில விலங்குகளுக்கு இடர்பாடாக அமைகிறது.^[1]
• மின்மாற்றி, மின்தேக்கி, மின்சார இயக்கி, மின்னியற்றி ஆகியவற்றில் மின்னிறக்கத்தால் ஏற்படும் விளைவுகள்.
  • மின் காப்பை சேதம் செய்து மின்சாதனங்களில் குறைபாட்டை ஏற்படுத்துகிறது.
  • இரப்பர் அடைப்பிகள் (Gasket) ஓசோனால் சேதமடைகிறது.
  • படல மின் தேக்கிகளில், தேவையற்ற மின் இழப்பு ஏற்படுத்துகிறது^[2]
• நிலை மின்னாற்றல் இழப்பு

மின்னிறக்க சுருள்வட்ட வளையங்களை (corona ring) பயன்படுத்துவதன் மூலம் மின்புலம் அனைத்துப் பகுதிகளுக்கும் சமமாக பிரிக்கப்பட்டு, மின் இழப்பு குறைக்கப்படுகிறது.

கட்டுப்படுத்தமுடியாத தொடர்வினைகளால் மின்புலம் மின்னிறக்கத்தை உருவாக்குகிறது. மின்புலம் உருவாக்கும் இலத்திரன்கள், காற்றை அயனியாக்கும் அளவிற்கு வலிமையைப் பெறுகின்றன. இவை கீழ்க்கண்டவாறு செயல்படுகிறது.

1. இயற்கையாக வளிமண்டலத்திலுள்ள மின்சுமையற்ற அணுக்கள் அதிக மின்னழுத்த வாட்டமும், வலிமையான மின்புலமும் உள்ள இடத்தில் நேர்மின் அயனியாகளாகவும், கட்டற்ற இலத்திரன்களாகவும் பிாிகின்றன.
   
2. நேர்மின் அயனிகளும், கட்டற்ற இலத்திரன்களும் மீண்டும் இணைந்து மின்சுமையற்ற அணுக்களாக மாறி விடாத அளவிற்கு, தேவையான இயக்க ஆற்றலை மின்புலத்தின் மூலம் பெறுகின்றன.
3. இலத்திரன்களின் மின்னூட்டம்/நிறை விகிதம் நேர்மின் அயனிகளை விட அதிகம் என்பதால் அவை அதிகமாக முடுக்கப்படுகின்றன. அதனால் இலத்திரன்கள் அதிக ஆற்றலைப் பெற்று, மற்ற மின்சுமையற்ற அணுக்களை, அயனிகளாக்குகின்றன. இவ்வாறு இலத்திரன்-நேர்மின் அயனி இணை தொடர்ந்து உருவாக்கப்படுகிறது. இந்தத தொடர் வினையால் இலத்திரன் பேரிறங்கி (electron avalanche) உருவாக்கப்படுகிறது. இலத்திரன் பேரிறங்கிளால் நேர் மற்றும் எதிர் மின்னிறக்கங்கள் உருவாக்கப்படுகிறது. நேர் மின்னிறக்கங்களில் இலத்திரன்கள் உள்ளாகவும், நேர்மின் அயனிகள் வெளியாகவும் விலகலடைகின்றன. எதிர் மின்னிறக்கங்களில் நேர்மின் அயனிகள் உள்ளாகவும், இலத்திரன்கள் வெளியாகவும் விலகலடைகின்றன.
   
4. மின்னிறக்கங்களின் ஒளிர்வு நேர்மின் அயனிகளும், கட்டற்ற இலத்திரன்களும் மீண்டும் இணைந்து மின்சுமையற்ற அணுக்களாக மாறுவதால் உருவாகிறது. இலத்திரன்கள் தன்னுடைய வட்டப்பாதையில் சென்று விழும் போது, தான் பெற்ற அதிக ஆற்றலை ஒளியன்களை வெளிவிடுகிறது. இந்த ஒளியன்கள் மீண்டும் புதிய அயனிகளை உருவாக்கி, இலத்திரன் பேரிறங்கிகள் தொடர்ந்து உருவாகக் காரணமாக உள்ளன.
   
5. மின்புலம் ஒரு எல்லை வரையே அயனியாக்கம் செய்கிறது. அதற்கு அப்பால் செல்லும் அயனிகள் மீண்டும் இலத்திரன்களுடன் இணைந்து மின்சுமையற்ற அணுக்களாக மாறி, சுற்றை நிறைவு செய்கின்றன.
6. வெப்பவியக்க அடிப்படையில் மின்னிறக்கங்களின் ஒளிர்வு வெப்பவியக்கவிசைச்சமநிலை (Thermodynamic equilibrium) உள்ள ஒரு நிகழ்வாகும். இதில் வெப்பமற்ற அயனிமங்களை (plasma) உருவாக்குகின்றன. பேரிறங்கிகளால் மின்னிறக்கப்பகுதி எந்தவொரு வெப்பமாற்றமும் அடைவதில்லை. ஒரு சில அயனிகளே 1 - 3 ev அயனியாக்க ஆற்றலைப் பெற்றிருக்கும் மற்ற அயனிகள் வளிமண்டல வெப்பநிலையிலேயே இருக்கும்.

பீக்கின் விதி (Peek's law) எந்த மின்னழுத்தத்தில் மின்னிறக்கங்கள் தொடங்கும் என்பதை விளக்குகிறது.

• நேர் மின்னிறக்கங்களில் அயனிமங்கள் கடத்திகளில் சீராகப் பரவியுள்ளன. இவை பெரும்பாலும் புற ஊதா கதிர்களை வெளியிட்டாலும், வெள்ளை மற்றும் ஊதா நிறங்களில் ஒளிர்கின்றன.
• எதிர் மின்னிறக்கங்களை விட அளவில் சிறியதாக உள்ளன.
• கட்டற்ற இலத்திரன்களின் அடர்த்தி குறைவாக உள்ளது.
• இலத்திரன்கள் உள் வட்டத்தில் கடத்திகளைச் சுற்றி இருப்பதால் அவற்றின் ஆற்றல் அதிகமாக இருக்கும்.
• இலத்திரன்களின் எண்ணிக்கை குறைவாக இருந்தாலும், அவையே ஆற்றலுடன் செயல்படுவதால், நேர் மின்னிறக்கங்களின் ஆற்றல் அதிகம்.
• ஓசோன் வாயுவை குறைவாகவே உருவாக்குகின்றன.

கடத்திகளைச் சுற்றி உள் வட்டத்தில் இலத்திரன்கள் இருப்பதால், அதிக மின்னழுத்த வாட்டமும், வலிமையான மின்புலமும் உள்ள இடத்தில் மட்டுமே நேர் மின்னிறக்கங்கள் உருவாக வாய்ப்புள்ளது. வெளி வட்டத்திலுள்ள நேர் அயனிகளால் உருவாக்கப்படும், இரண்டாம் கட்ட இலத்திரன்கள், அடுத்த கட்ட பேரிறங்கிகளை உருவாக்குகின்றன.

• சீரற்ற, கூரான முனை மற்றும் வளைந்த பரப்புள்ள கடத்திகளில் எதிர் மின்னிறக்கங்கள் உருவாகின்றன.
• இரண்டாம் கட்ட இலத்திரன்களின் பேரிறங்கிகளால் இவை உருவாக்கப்படுகின்றன.
• நேர் மின்னிறக்கங்களை விட அளவில் பெரியதாக உள்ளன.
• கட்டற்ற இலத்திரன்களின் அடர்த்தி அதிகமாக உள்ளது.
• இலத்திரன்களின் எண்ணிக்கை அதிகமாக இருந்தாலும், அவை குறைவான ஆற்றலுடன் செயல்படுவதால், எதிர் மின்னிறக்கங்களின் ஆற்றல் குறைவு.
• ஓசோன் வாயுவை அதிகமாக உருவாக்குகின்றன.

நேர் மின்னிறக்கங்களை விட எதிர் மின்னிறக்கங்கள் உருவாகும் விதம் சற்று சிக்கலானது. நேர் மின்னிறக்கங்கள் நேரடியாக இலத்திரன்களை உருவாக்கி அதன்மூலம் பேரிறங்களை உருவாக்குகிறது. கடத்திகளைச் சுற்றி உள் வட்டத்தில் அயனிகள் இருப்பதால், வெளிவட்டத்தில் உள்ள இலத்திரன்கள் அயனியாக்கல் மூலம் புதிய அயனிகளை உருவாக்குகிறது. இந்த அயனிகள் மூலம் உருவாகும் இரண்டாம் கட்ட இலத்திரன்கள் வெளிவிடும் ஒளியன்களால் பேரிறங்களை உருவாகிறது.

1. மின்சார செருகியை இயக்கும் போது தானாகவே ஒளிவட்ட மின்னிறக்கம் ஏற்படுவதை பார்க்கலாம்.
2. மாறுதிசை மின்னோட்டத்தை எடுத்துச் செல்லும் உயர் மின்னழுத்த கம்பிகளில் ஒளிவட்ட மின்னிறக்கம் ஏற்படுவதை காணலாம்.
3. அதி வேக கப்பலின் உயரமான மற்றும் கூரான பகுதிகளில் ஏற்படும் தீப்பொறிக்கு ஒளிவட்ட மின்னிறக்கமே காரணம்.
4. ஒளிவட்ட மின்னிறக்கம் அயனியாக்கல் மூலம் சில நூறு நுண்ணிய ஆம்பியர் அளவிளான மின்சார காற்றை உருவாக்குகிறது.^[3]
5. குறுகிய அலை பரப்பி நிலையங்களில் ஒளிவட்ட மின்னிறக்க இழப்பை குறைக்க கற்றை அலைக்கம்பத்திற்கு பதிலாக நாற்படி அலைக்கம்பம் பயன்படுத்தப்படுகிறது.(c.f. "All About Cubical Quad Antennas", Radio Publications Inc. 1972 - see ttp://lists.contesting.com/_towertalk/2002-11/msg00393.html).

மின்சாரத்தை கடத்தும் உயர் அழுத்தக் கம்பிகளில் ஒளிவட்ட மின்னிறக்கம் என்பது ஒரு இழப்பாகும். இந்த காரணத்தால் உயர் அழுத்தக் கம்பிகளில் அதிக மின்னழுத்தமும், குறைந்த மின்னோட்டமும் அனுப்பப்படுகிறது. இதன் மூலம் I²R எனப்படும் வெப்ப இழப்பு தவிர்க்கப்படுகிறது. கம்பிகள் ஒளிவட்ட மின்னிறக்கத்தை தவிர்க்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன.

• தூய எல்மோவின் சுடர்

• Junhong Chen, "Direct-Current Corona Enhanced Chemical Reactions", Ph.D. Thesis, University of Minnesota, USA. August 2002.
• F.W. Peek (1929). Dielectric Phenomena in High Voltage Engineering. McGraw-Hill. ISBN 0-9726596-6-8. Archived from the original on 2011-05-15. Retrieved 2017-08-12.
• Leonard Loeb (1965). Electrical Coronas Their Basic Physical Mechanisms. University of California Press.
• James D. Cobine (1941). Gaseous Conductors; Theory and Engineering Applications. McGraw-Hill or Dover reprints.
• Takacs, J. (1972). "Corona stabilizer for Van De Graaff accelerators". Nuclear Instruments and Methods 103 (3): 587–600. doi:10.1016/0029-554X(72)90019-5. பன்னாட்டுத் தர தொடர் எண்:0029-554X. 

• Blaze Labs Research பரணிடப்பட்டது 2004-08-07 at the வந்தவழி இயந்திரம் — Lots of information on corona properties & Peek's Law
• Villanova University பரணிடப்பட்டது 2005-03-08 at the வந்தவழி இயந்திரம் — Modelling Corona for different electrode configurations
• Information about the differences between corona, spark, and brush discharges
• Additional information about corona, its effects, characteristics and preventative measures
• Dielectric Phenomena In High Voltage Engineering