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Una descarga en cepillo es una descarga eléctrica disruptiva similar a una descarga de corona que se produce en un electrodo al que se le aplica un alto voltaje , incrustado en un fluido no conductor, generalmente aire. Se caracteriza por numerosas chispas luminosas y retorcidas, serpentinas de plasma compuestas de moléculas de aire ionizado , que salen repetidamente del electrodo al aire, a menudo con un sonido crepitante. [1] [2] Las serpentinas se extienden en forma de abanico, lo que le da la apariencia de un "cepillo".
Las descargas de corona y de cepillo a veces se denominan descargas de un solo electrodo porque ocurren en la proximidad de un solo electrodo y no se extienden hasta el electrodo que lleva el voltaje de polaridad opuesta en el circuito, como lo hace un arco eléctrico (una descarga de dos electrodos ).
Tanto las descargas en escobilla como las de corona representan regiones locales próximas a los conductores en las que, debido al alto voltaje, el aire ha sufrido una ruptura eléctrica : se ha ionizado y se ha vuelto conductor, lo que permite que la corriente se filtre al aire. Se producen cuando el campo eléctrico en el conductor supera la rigidez dieléctrica del aire, el "gradiente de potencial disruptivo", de aproximadamente 30 kilovoltios por centímetro. A ese voltaje, los electrones en el aire son acelerados por el campo eléctrico a una velocidad lo suficientemente alta como para que desprendan otros electrones de las moléculas de gas cuando las golpean, creando iones y electrones adicionales, que continúan ionizando moléculas adicionales en una reacción en cadena. El campo eléctrico es más alto en los puntos agudos del conductor, por lo que las descargas tienden a formarse en estos puntos. Debido a que el campo eléctrico disminuye a medida que aumenta la distancia desde el conductor, finalmente cae por debajo del valor necesario para la ionización, por lo que las descargas en escobilla y corona tienen una extensión limitada y se localizan cerca del conductor.
Las descargas en cepillo, que se producen en equipos de muy alto voltaje , como líneas de transmisión de energía de EHV , transmisores de radio y sus antenas , fuentes de alimentación de CRT y fuentes de alimentación para equipos científicos, como láseres y aceleradores de partículas , representan una falla grave del aislamiento eléctrico y pueden suponer un peligro de incendio. Al igual que otros arcos eléctricos , las descargas en cepillo producen gas ozono , que puede ser nocivo para las personas cercanas en un espacio cerrado y, con el tiempo, puede provocar la fragilización de algunos plásticos. Las bobinas de Tesla que producen descargas en cepillo y descargas en serpentina se exhiben como entretenimiento en ferias científicas y conciertos de rock.
La capacidad de una descarga eléctrica para provocar una explosión en atmósferas inflamables se mide por la energía efectiva de la descarga. La energía efectiva de las descargas en escobilla es de 10 a 20 mJ, mucho mayor que la de las descargas de corona, de 0,1 mJ. Por lo tanto, las descargas en escobilla se consideran un peligro de explosión, mientras que las descargas de corona no lo son. Las descargas en escobilla pueden producirse desde plásticos aislantes cargados (por ejemplo, polietileno ) hasta un conductor.
Cuando el campo eléctrico cerca de un electrodo con un radio o curvatura entre aproximadamente 5 mm y 50 mm es suficientemente grande (aproximadamente 500 kV/m), se observan trayectorias de descarga múltiples irregulares que tienen el aspecto de un cepillo. ... Si el electrodo es demasiado afilado, generalmente se producirá una descarga de corona en lugar de una descarga de cepillo.
se produce en una ráfaga repentina que cubre el espacio entre dos superficies conductoras, cada una con un radio de curvatura > 50 mm. Por otro lado, las descargas de cepillo no logran cubrir el espacio y se producen en rápida sucesión, dando la impresión de un cepillo. Las descargas de corona forman una región luminosa alrededor de un conductor y se descargan de forma continua en regiones con un radio de curvatura < 1 mm.