Arka elektrik dan ciri-cirinya
Arka elektrik — laluan elektrik melalui gas antara dua elektrod, salah satunya adalah sumber elektron (katod). Elektrod ialah wayar yang tamat di mana-mana bahagian litar elektrik.
Elektron yang dipancarkan daripada katod dalam kuantiti yang banyak menyebabkan pengionan gas yang kuat di antara elektrod dan dengan itu membolehkan arus yang besar mengalir di antara elektrod.
Ciri ciri arka elektrik, tidak seperti pelepasan gas konvensional, ialah ia boleh terbakar pada voltan rendah.
Arka elektrik itu ditemui oleh ahli fizik dari St. Petersburg V. V. Petrov pada tahun 1802 dan menemui aplikasi penting dalam teknologi.
Arka elektrik ialah sejenis nyahcas yang dicirikan oleh ketumpatan arus tinggi, suhu tinggi, tekanan gas tinggi, dan penurunan voltan rendah merentasi jurang arka. Dalam kes ini, pemanasan intensif elektrod (sentuhan) berlaku, di mana apa yang dipanggil terbentuk. Tompok katodik dan anodik. Cahaya katod tertumpu di tempat terang kecil, bahagian pijar elektrod bertentangan membentuk tempat anod.
Tiga kawasan boleh diperhatikan dalam pelangi, yang sangat berbeza dalam sifat proses yang berlaku di dalamnya. Terus ke elektrod negatif (katod) arka adalah kawasan penurunan voltan katod. Seterusnya ialah tong arka plasma. Terus ke elektrod positif (anod) ialah kawasan penurunan voltan anodik. Kawasan ini ditunjukkan secara skematik dalam Rajah. 1.
nasi. 1. Struktur arka elektrik
Saiz kawasan penurunan voltan katodik dan anodik dalam rajah sangat dibesar-besarkan. Pada hakikatnya, panjangnya sangat kecil. Contohnya, panjang penurunan voltan katodik adalah mengikut urutan laluan pergerakan bebas elektron (kurang daripada 1 mikron). Panjang kawasan penurunan voltan anod biasanya lebih besar sedikit daripada nilai ini.
Dalam keadaan biasa, udara adalah penebat yang baik. Jadi, voltan yang diperlukan untuk memecahkan jurang udara 1 cm ialah 30 kV. Agar jurang udara menjadi konduktor, adalah perlu untuk mewujudkan kepekatan tertentu zarah bercas (elektron dan ion) di dalamnya.
Bagaimana arka elektrik berlaku
Arka elektrik, yang merupakan aliran zarah bercas, pada saat permulaan pemisahan sentuhan berlaku akibat kehadiran elektron bebas dalam gas jurang arka dan elektron yang dipancarkan dari permukaan katod. Elektron bebas dalam celah antara sesentuh bergerak pada kelajuan tinggi ke arah dari katod ke anod di bawah tindakan daya medan elektrik.
Kekuatan medan pada permulaan jurang sentuhan boleh mencapai beberapa ribu kilovolt per sentimeter.Di bawah tindakan kuasa medan ini, elektron diambil dari permukaan katod dan bergerak ke anod, mengetuk elektron daripadanya, yang membentuk awan elektron. Aliran awal elektron yang dicipta dengan cara ini seterusnya membentuk pengionan sengit bagi jurang arka.
Bersama-sama dengan proses pengionan, proses penyahionan berlaku secara selari dan berterusan dalam arka. Proses penyahionan terdiri daripada fakta bahawa apabila dua ion berlainan tanda atau ion positif dan elektron mendekati satu sama lain, mereka tertarik dan, berlanggar, dinetralkan, di samping itu, zarah bercas bergerak dari zon pembakaran jiwa dengan lebih banyak - kepekatan cas yang tinggi dalam persekitaran dengan kepekatan cas yang lebih rendah. Semua faktor ini membawa kepada penurunan suhu arka, kepada penyejukan dan kehilangannya.
nasi. 2. Arka elektrik
Arka selepas pencucuhan
Dalam mod pembakaran pegun, proses pengionan dan penyahionan berada dalam keseimbangan. Tong arka dengan jumlah cas positif dan negatif bebas yang sama dicirikan oleh tahap pengionan gas yang tinggi.
Bahan yang darjah pengionannya hampir kepada kesatuan, i.e. di mana tiada atom dan molekul neutral dipanggil plasma.
Arka elektrik dicirikan oleh ciri-ciri berikut:
1. Sempadan yang jelas antara aci arka dan persekitaran.
2. Suhu tinggi di dalam tong arka, mencapai 6000 — 25000K.
3. Ketumpatan arus tinggi dan tiub arka (100 — 1000 A / mm2).
4. Nilai kecil penurunan voltan anodik dan katodik dan praktikalnya tidak bergantung pada arus (10 — 20 V).
Ciri voltan semasa arka elektrik
Ciri utama arka DC ialah pergantungan voltan arka pada arus, yang dipanggil ciri voltan arus (VAC).
Arka berlaku di antara sesentuh pada voltan tertentu (Rajah 3), dipanggil voltan pencucuhan Uz dan bergantung pada jarak antara sesentuh, suhu dan tekanan persekitaran dan kelajuan pemisahan sesentuh. Voltan pemadam arka Ug sentiasa kurang tekanan U3.
nasi. 3. Ciri voltan arus bagi lengkok DC (a) dan litar setaranya (b)
Lengkung 1 ialah ciri statik lengkok, i.e. diperoleh dengan mengubah arus secara perlahan-lahan. Ciri mempunyai watak jatuh. Apabila arus meningkat, voltan arka berkurangan. Ini bermakna rintangan jurang arka berkurangan dengan lebih cepat apabila arus meningkat.
Jika pada satu kelajuan atau yang lain arus dalam arka dikurangkan dari I1 kepada sifar dan pada masa yang sama menetapkan penurunan voltan di sepanjang arka, maka lengkung 2 dan 3 akan terhasil. Lengkung ini dipanggil ciri dinamik.
Semakin cepat arus dikurangkan, semakin rendah ciri dinamik I — V. Ini disebabkan oleh fakta bahawa dengan penurunan arus, parameter arka seperti keratan rentas tong, suhu, tidak mempunyai masa untuk berubah dengan cepat dan memperoleh nilai yang sepadan dengan nilai arus yang lebih rendah dalam keadaan mantap.
Penurunan Voltan Jurang Arka:
Ud = Usc + EdId,
di mana Us = Udo + Ua — penurunan voltan berhampiran elektrod, Ed — kecerunan voltan membujur dalam arka, ID — panjang arka.
Ia mengikuti daripada formula bahawa apabila panjang arka meningkat, penurunan voltan merentasi arka akan meningkat dan ciri I - V akan terletak lebih tinggi.
Mereka berurusan dengan arcing dalam reka bentuk peranti pensuisan elektrik. Sifat-sifat arka elektrik digunakan dalam pemasangan untuk kimpalan arka elektrik dan dalam relau lebur arka.