Física por trás do interruptor salta ao abrir?

Fiquei surpreso ao saber que um interruptor mecânico (SPST) salta quando é aberto. O que faz com que o contato retorne temporariamente ao toque?

Esse fenômeno ocorre apenas com certos tipos de interruptores (por exemplo, com interruptores deslizantes, mas não com a maioria dos botões de pressão)?

Basicamente, nenhuma substância é perfeitamente lisa ou inelástica. Quando dois objetos se juntam a qualquer força, há energia cinética que precisa morrer quando em contato. Assim, você obtém um "toque", além disso, como a superfície não é lisa, o contato faz / quebra um pouco aleatoriamente até estabilizar (por exemplo, mesmo com uma chave deslizante, a resistência do contato varia com o movimento)

Isso acontece com todos os comutadores; deslizante, botão de pressão, relé, etc., embora os contatos deslizantes ou molhados (por exemplo, mercúrio) sejam melhores. Isso também acontece ao abrir o interruptor, não apenas ao fechar. Alguns são melhores que outros - você pode obter outros horríveis que saltam por dezenas de ms e outros bons que se instalam em menos de 5 ms.

Para adicionar mais à abertura do interruptor, é devido às superfícies irregulares que se abrem de maneira não perfeitamente perpendicular. A grande variedade de resistência que isso cria parece semelhante ao ressalto durante o fechamento. Quando a pressão é liberada, uma parte do contato pode se soltar, mas outra pode obter brevemente uma resistência mais baixa do que anteriormente, quanto mais irregular a superfície e maior a força angular entre os contatos, mais provável é esse efeito. ser estar.

Embora pareça lisa aos nossos olhos, a superfície de cobre parece bastante diferente ao microscópio:

Pense no contrário. E se você fosse encarregado de projetar um switch que não saltasse na abertura. Como você garantiria no nível microscópico que os dois condutores sempre se afastavam monotonicamente sem nenhuma ação de limpeza (deslizamento, que pode causar abertura e fechamento momentâneos)? Você deve considerar que tudo é uma mola nesse nível, por mais rígido que possa parecer em um nível macroscópico. Mesmo que de alguma forma fosse possível não ter nenhuma ação de limpeza, pois os contatos se separam, como você garante que não haverá oscilação nos contatos à medida que eles se afastam? Você deve considerar que a velocidade começa em 0, portanto, mesmo uma pequena folga ou toque devido à quebra do atrito estático pode ser significativo.

Pense nisso e descreva-nos um interruptor mecânico seco que não saltará se você realmente achar que isso é possível.

Nos anos 50 e início dos anos 60, trabalhei como engenheiro elétrico em uma equipe que projetava fontes de alimentação dc reguladas por alta corrente (> 100 amperes). Estávamos usando amplificadores magnéticos para controle, mas então o que chamamos de SCRs (retificadores controlados por silício, agora chamados tiristores) começou a aparecer. Eles eram muito suscetíveis a sobrecargas e sopravam mais rápido que os fusíveis disponíveis; portanto, uma maneira de protegê-los era um "pé-de-cabra", que é um interruptor que fazia um curto-circuito no enrolamento secundário do transformador, de modo que o suprimento era cortado dos SCRs , e os fusíveis na linha de suprimento explodiriam - o robusto transformador e seus cabos poderiam levar o choque com segurança. O problema era que havia uma quantidade enorme de barulho perigoso e assustadoramente barulhento, quando a chave inevitavelmente saltou. Os engenheiros inteligentes do laboratório de pesquisa criaram um "

Pelo que me lembro de um filme de alta velocidade do interruptor, um contato superior desceu para um mais baixo, e a combinação surgiu para que ficassem juntos enquanto recuavam e giravam para cima e para baixo. Quando testamos um, de fato não houve faíscas no interruptor, mas uma conexão frouxa ao transformador disparou com um estrondo poderoso. (antes que as pessoas queixam-se de cruzar os olhos e reclamam, sim, eu sei que deveria ser "não houve faísca", mas o que eu escrevi soa mais como realidade)