Elektros lankas ir jo charakteristikos

Elektros lankas — elektros srovės perėjimas per dujas tarp dviejų elektrodų, iš kurių vienas yra elektronų šaltinis (katodas). Elektrodas yra laidas, kuris baigiasi bet kurioje elektros grandinės dalyje.

Iš katodo dideli kiekiai išskiriami elektronai sukelia stiprią dujų jonizaciją tarp elektrodų ir taip tarp elektrodų gali tekėti didelei srovei.

Būdingas elektros lanko bruožas, skirtingai nuo įprasto dujų išlydžio, yra tai, kad jis gali degti esant žemai įtampai.

Elektros lanką atrado fizikas iš Sankt Peterburgo V. V. Petrovas 1802 m. ir rado svarbių pritaikymų technologijų srityje.

Elektros lankas yra iškrovos rūšis, kuriai būdingas didelis srovės tankis, aukšta temperatūra, padidėjęs dujų slėgis ir žemas įtampos kritimas per lanko tarpą. Tokiu atveju vyksta intensyvus elektrodų (kontaktų) kaitinimas, ant kurių susidaro vadinamieji. Katodinės ir anodinės dėmės. Katodo švytėjimas koncentruojamas mažoje šviesioje vietoje, priešingo elektrodo kaitinamoji dalis sudaro anodo dėmę.

Vaivorykštėje galima pažymėti tris sritis, kurios labai skiriasi jose vykstančių procesų pobūdžiu. Tiesiai į neigiamą lanko elektrodą (katodą) yra katodo įtampos kritimo sritis. Kitas yra plazmos lanko statinė. Tiesiai prie teigiamo elektrodo (anodo) yra anodinės įtampos kritimo sritis. Šios sritys schematiškai parodytos fig. 1.

Ryžiai. 1. Elektros lanko sandara

Katodinio ir anodinio įtampos kritimo sričių dydžiai paveiksle yra labai perdėti. Realiai jų ilgis labai mažas.Pavyzdžiui, katodinės įtampos kritimo ilgis prilygsta elektrono laisvo judėjimo keliui (mažiau nei 1 mikronas). Anodo įtampos kritimo srities ilgis paprastai yra šiek tiek didesnis už šią vertę.

Normaliomis sąlygomis oras yra geras izoliatorius. Taigi įtampa, reikalinga 1 cm oro tarpui pralaužti, yra 30 kV. Tam, kad oro tarpas taptų laidininku, jame reikia sukurti tam tikrą įkrautų dalelių (elektronų ir jonų) koncentraciją.

Kaip atsiranda elektros lankas

Elektrinis lankas, kuris yra įkrautų dalelių srautas, pradiniu kontakto atsiskyrimo momentu atsiranda dėl to, kad lanko tarpo dujose yra laisvųjų elektronų ir elektronų, išspinduliuotų iš katodo paviršiaus. Laisvieji elektronai, esantys tarpe tarp kontaktų, veikiami elektrinio lauko jėgų, dideliu greičiu juda kryptimi nuo katodo iki anodo.

Lauko stipris kontaktinio tarpo pradžioje gali siekti kelis tūkstančius kilovoltų per centimetrą.Veikiant šio lauko jėgoms, elektronai ištraukiami iš katodo paviršiaus ir juda prie anodo, išmušdami iš jo elektronus, kurie sudaro elektronų debesį. Pradinis tokiu būdu sukurtas elektronų srautas toliau formuoja intensyvią lanko tarpo jonizaciją.

Kartu su jonizacijos procesais dejonizacijos procesai vyksta lygiagrečiai ir nuolat lanke. Dejonizacijos procesai susideda iš to, kad kai du skirtingų ženklų jonai arba teigiamas jonas ir elektronas artėja vienas prie kito, jie pritraukiami ir, susidūrę, neutralizuojami, be to, įkrautos dalelės iš sielų degimo zonos pasislenka su daugiau. - didelė krūvių koncentracija aplinkoje su mažesne krūvių koncentracija. Visi šie veiksniai lemia lanko temperatūros sumažėjimą, jo aušinimą ir išnykimą.

Ryžiai. 2. Elektros lankas

Lankas po uždegimo

Stacionaraus degimo režime jonizacijos ir dejonizacijos procesai yra pusiausvyroje.Lanko statinė su vienodu kiekiu laisvųjų teigiamų ir neigiamų krūvių pasižymi dideliu dujų jonizacijos laipsniu.

Medžiaga, kurios jonizacijos laipsnis artimas vienetui, t.y. kurioje nėra neutralių atomų ir molekulių, vadinama plazma.

Elektros lankas pasižymi šiomis charakteristikomis:

1. Aiškiai apibrėžta riba tarp lanko veleno ir aplinkos.

2. Aukšta temperatūra lanko statinės viduje, siekianti 6000–25000K.

3. Didelio srovės tankio ir lanko vamzdis (100 — 1000 A / mm2).

4. Mažos anodinės ir katodinės įtampos kritimo reikšmės ir praktiškai nepriklauso nuo srovės (10–20 V).

Srovės-įtampos charakteristika elektros lankui

Pagrindinė nuolatinės srovės lanko charakteristika yra lanko įtampos priklausomybė nuo srovės, kuri vadinama srovės įtampos (VAC) charakteristika.

Lankas atsiranda tarp kontaktų esant tam tikrai įtampai (3 pav.), vadinamai uždegimo įtampa Uz ir priklausomai nuo atstumo tarp kontaktų, aplinkos temperatūros ir slėgio bei kontaktų atsiskyrimo greičio. Lanko gesinimo įtampa Ug visada mažesnė įtampa U3.

Ryžiai. 3. Nuolatinės srovės lanko (a) ir jo ekvivalentinės grandinės (b) srovės-įtampos charakteristika.

1 kreivė – statinė lanko charakteristika, t.y. gaunamas lėtai keičiant srovę. Charakteristika turi krintantį pobūdį. Didėjant srovei, lanko įtampa mažėja. Tai reiškia, kad didėjant srovei lanko tarpo varža mažėja greičiau.

Jei vienu ar kitu greičiu srovė lanke sumažinama nuo I1 iki nulio ir tuo pačiu fiksuojamas įtampos kritimas išilgai lanko, tai susidaro kreivės 2 ir 3. Šios kreivės vadinamos dinaminėmis charakteristikomis.

Kuo greičiau sumažinama srovė, tuo mažesnės bus dinaminės I-V charakteristikos. Taip yra dėl to, kad sumažėjus srovei, tokie lanko parametrai kaip statinės skerspjūvis, temperatūra neturi laiko greitai keistis ir įgyja vertes, atitinkančias mažesnę srovės vertę. pastovi būsena.

Lanko tarpo įtampos kritimas:

Ud = Usc + EdId,

kur Us = Udo + Ua — įtampos kritimas šalia elektrodo, Ed — išilginis įtampos gradientas lanke, ID — lanko ilgis.

Iš formulės išplaukia, kad didėjant lanko ilgiui, padidės įtampos kritimas lanke ir I — V charakteristika bus aukščiau.

Jie susiję su lanku, projektuojant elektros perjungimo įrenginius. Naudojamos elektros lanko savybės elektros lankinio suvirinimo įrenginiai ir į lankinio lydymo krosnys.