Loading article…
電気火花とは、十分に高い電界が、通常は絶縁体である媒体（多くの場合、空気やその他のガス、または混合ガス）を通して、イオン化された電気伝導性のチャネルを作り出すときに発生する、突発的な電気放電のことです。マイケル・ファラデーはこの現象を「一般的な電気の放電に伴う美しい閃光」と表現しました。[ 1 ]
非導電性状態から導電性状態への急速な変化により、短時間の光の放出と鋭い破裂音またはパチッという音が発生します。印加された電界が介在媒体の絶縁破壊強度を超えると、火花が発生します。空気の場合、絶縁破壊強度は海面で約 30 kV/cm です。[ 2 ]実験的には、この値は湿度、大気圧、電極の形状 (針と接地平面、半球など)、電極間の対応する間隔、さらには波形の種類 (正弦波か余弦矩形波か) によっても異なる傾向があります。
初期段階では、ギャップ内の自由電子（宇宙線や背景放射線由来）が電界によって加速され、タウンゼント雪崩が発生します。これらの電子が空気分子と衝突すると、さらにイオンと新たに自由になった電子が生成され、これらも加速されます。ある時点で、熱エネルギーがイオンの供給源としてより多くなります。指数関数的に増加する電子とイオンは、誘電破壊と呼ばれるプロセスによって、ギャップ内の空気の領域を急速に導電性にします。ギャップが破壊されると、電流の流れは利用可能な電荷（静電放電の場合）または外部電源のインピーダンスによって制限されます。電源が電流を供給し続けると、火花は電気アークと呼ばれる連続放電へと発展します。電気火花は絶縁性の液体や固体内でも発生する可能性がありますが、その破壊メカニズムは気体中の火花とは異なります。
火花は時に危険なものです。火災の原因になったり、皮膚に火傷を負わせたりする可能性があります。
雷は自然界における電気火花の例であり、大小を問わず電気火花は、人工物の内部やその近傍で、意図的に、あるいは時には偶発的に発生する。
1671年、ライプニッツは火花が電気現象と関連していることを発見した。[ 3 ] 1708年、サミュエル・ウォールは琥珀を布でこすって火花を発生させる実験を行った。[ 4 ] 1752年、トーマス＝フランソワ・ダリバールはベンジャミン・フランクリンが提案した実験に基づいて、マルリー村のコイフィエという名の退役フランス竜騎兵にライデン瓶に雷を集めさせ[ 5 ]、雷と電気が同じものであることを証明した。フランクリンの有名な凧の実験では、雷雨の際に雲から火花を取り出すことに成功した。
ガソリン内燃機関の点火プラグでは、燃料と空気の混合気に点火するために電気火花が使用されます。 [ 6 ]点火プラグ内の放電は、絶縁された中央電極とプラグの基部にある接地された端子の間で発生します。火花用の電圧は、絶縁されたワイヤーで点火プラグに接続された点火コイルまたはマグネトによって供給されます。
炎点火装置は、パイロット炎の代わりに電気火花を使用して、一部の炉やガスストーブで燃焼を開始します。[ 7 ]自動再点火は、炎の電気伝導率を感知し、この情報を使用してバーナーの炎が点火されているかどうかを判断する、一部の炎点火装置で使用される安全機能です。[ 8 ]この情報は、炎が点火された後に点火装置が火花を飛ばすのを停止したり、炎が消えた場合に再点火したりするために使用されます。
火花ギャップ送信機は、電気火花ギャップを使用して無線周波数電磁放射を生成し、無線通信の送信機として使用できます 。[ 9 ]火花ギャップ送信機は、 1887年から1916年までのラジオの最初の30年間で広く使用されました。その後、真空管システムに取って代わられ、1940年までには通信には使用されなくなりました。火花ギャップ送信機の広範な使用により、船の無線士は「スパークス」というニックネームで呼ばれるようになりました。
電気火花は、さまざまな種類の金属加工に使用されます。放電加工（EDM）は、スパーク加工とも呼ばれ、スパーク放電を使用してワークピースから材料を除去します。[ 10 ]放電加工は、硬い金属や、従来の技術では加工が難しい金属に使用されます。
スパークプラズマ焼結（SPS）は、グラファイトダイ内の導電性粉末にパルス直流電流を流す焼結技術です。[ 11 ] SPSは、外部加熱要素によって熱が供給される従来のホットアイソスタティックプレスよりも高速です。
電気火花によって発生する光は収集され、火花発光分光法と呼ばれる分光法の一種に利用できる。[ 12 ]
高エネルギーパルスレーザーは、電気火花を発生させるために使用できます。レーザー誘起ブレークダウン分光法（LIBS）は、高パルスエネルギーレーザーを使用してサンプル中の原子を励起する原子発光分光法の一種です。LIBSは、レーザースパーク分光法（LSS）とも呼ばれています。[ 13 ]
電気火花は質量分析用のイオンを生成するためにも使用できます。[ 14 ] 火花放電は、使い捨てスクリーン印刷カーボン電極（SPE）の表面をさまざまな金属および炭素源でその場で修飾することにより、電気化学センシングにも応用されています。[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]
火花は人、動物、さらには無生物にも危険を及ぼす可能性があります。電気火花は可燃性物質、液体、ガス、蒸気に引火する可能性があります。意図しない静電気放電や、照明やその他の回路のスイッチを入れたときに発生する小さな火花でさえ、ガソリン、アセトン、プロパンなどの発生源からの可燃性蒸気、または製粉所や粉体を扱う工場などで見られる空気中の粉塵濃度に引火するのに十分です。[ 20 ] [ 21 ]
火花はしばしば高電圧、すなわち「電位場」の存在を示します。電圧が高いほど、火花はより遠くまで飛び、十分なエネルギーが供給されると、グロー放電やアーク放電などの大きな放電を引き起こす可能性があります。人が高電圧の静電荷を帯びている場合、または高電圧の電源の近くにいる場合、導体と人の間で火花が飛び、非常に大きなエネルギーが放出され、重度の火傷、心臓や内臓の機能停止、さらにはアークフラッシュの発生につながる可能性があります。
高電圧の火花は、スタンガンから発生するような低エネルギーのものであっても、神経系の伝導経路に過負荷をかけ、不随意筋収縮を引き起こしたり、心拍リズムなどの重要な神経機能に干渉したりする可能性があります。エネルギーが十分に低い場合、そのほとんどは空気を加熱するだけに使用されるため、火花は完全に安定して光やアークになることはありません。しかし、非常に低エネルギーの火花でも、空気中に「プラズマトンネル」を生成し、そこを電流が通過します。このプラズマは、太陽の表面温度よりも高い温度に加熱されることが多く、局所的な小さな火傷を引き起こす可能性があります。電極を人体に貼る際には、接触点で火花が発生して皮膚を損傷するのを防ぐために、導電性の液体、ゲル、または軟膏がよく使用されます。同様に、火花は金属やその他の導体に損傷を与え、表面を削ったり、穴を開けたりする可能性があります。この現象は、電気エッチングで利用されています。火花はオゾンも発生させ、高濃度になると呼吸器系の不快感や苦痛、かゆみ、組織損傷を引き起こす可能性があり、特定のプラスチックなどの他の物質にも有害となる可能性がある。[ 22 ] [ 23 ]