Elektrik arkı ve özellikleri

elektrik arkı — biri elektron kaynağı (katot) olan iki elektrot arasındaki bir gazdan elektriğin geçişi. Bir elektrot, bir elektrik devresinin herhangi bir bölümünde sona eren bir teldir.

Katottan büyük miktarlarda yayılan elektronlar, elektrotlar arasındaki gazın güçlü bir şekilde iyonlaşmasına neden olur ve böylece elektrotlar arasında büyük bir akımın akmasını mümkün kılar.

Bir elektrik arkının karakteristik bir özelliği, geleneksel bir gaz deşarjından farklı olarak, düşük voltajda yanabilmesidir.

Elektrik arkı, St. Petersburg'dan bir fizikçi tarafından keşfedildi. VV Petrov 1802'de ve teknolojide önemli uygulamalar buldu.

Bir elektrik arkı, ark aralığı boyunca yüksek akım yoğunluğu, yüksek sıcaklık, yüksek gaz basıncı ve düşük voltaj düşüşü ile karakterize edilen bir deşarj türüdür. Bu durumda, üzerinde sözde oluşan elektrotların (kontakların) yoğun bir şekilde ısıtılması gerçekleşir. Katodik ve anodik noktalar. Katot ışıması küçük parlak bir noktada yoğunlaşır, karşı elektrotun akkor kısmı anot noktasını oluşturur.

Gökkuşağında, içlerinde meydana gelen süreçlerin doğası gereği çok farklı olan üç alan not edilebilir. Doğrudan arkın negatif elektroduna (katot) katot voltaj düşüş bölgesidir. Sırada plazma ark namlusu var. Doğrudan pozitif elektroda (anot) anodik voltaj düşüş bölgesidir. Bu bölgeler Şekil 1 de şematik olarak gösterilmiştir. 1.

Pirinç. 1. Elektrik arkının yapısı

Şekildeki katodik ve anodik voltaj düşüş bölgelerinin boyutları oldukça abartılmıştır. Gerçekte, uzunlukları çok küçüktür, örneğin, katodik voltaj düşüşünün uzunluğu, bir elektronun serbest hareket yolu mertebesindedir (1 mikrondan az). Anot voltaj düşüş bölgesinin uzunluğu genellikle bu değerden biraz daha fazladır.

Normal şartlar altında hava iyi bir yalıtkandır. Yani, 1 cm'lik bir hava aralığını kırmak için gereken voltaj 30 kV'dur. Hava boşluğunun bir iletken haline gelmesi için, içinde belirli bir yüklü parçacık (elektron ve iyon) konsantrasyonu oluşturmak gerekir.

elektrik arkı nasıl oluşur

Bir yüklü parçacık akışı olan elektrik arkı, ilk temas ayırma anında, ark aralığı gazında serbest elektronların ve katot yüzeyinden yayılan elektronların varlığının bir sonucu olarak oluşur. Kontaklar arasındaki boşluktaki serbest elektronlar, elektrik alan kuvvetlerinin etkisi altında katottan anoda doğru yüksek hızda hareket eder.

Temas aralığının başlangıcındaki alan kuvveti, santimetre başına birkaç bin kilovolta ulaşabilir.Bu alanın kuvvetlerinin etkisi altında, elektronlar katodun yüzeyinden çekilir ve bir elektron bulutu oluşturan elektronları ondan vurarak anoda hareket eder. Bu şekilde oluşturulan ilk elektron akışı, ark aralığının yoğun bir iyonizasyonunu oluşturur.

İyonizasyon işlemleriyle birlikte deiyonizasyon işlemleri de arkta paralel ve sürekli olarak gerçekleşir. Deiyonizasyon süreçleri, farklı işaretlere sahip iki iyon veya bir pozitif iyon ve bir elektron birbirine yaklaştığında, çekilmeleri ve çarpışarak nötralize edilmeleri, ayrıca yüklü parçacıkların ruhların yanma bölgesinden daha fazla hareket etmesi gerçeğinden oluşur. - daha düşük bir yük konsantrasyonu ile çevrede yüksek yük konsantrasyonu. Bütün bu faktörler ark sıcaklığının düşmesine, soğumasına ve kaybolmasına neden olur.

Pirinç. 2. Elektrik arkı

Ateşlemeden sonra ark

Sabit yanma modunda, iyonizasyon ve deiyonizasyon süreçleri dengededir Eşit miktarda serbest pozitif ve negatif yüke sahip ark varili, yüksek derecede gaz iyonlaşması ile karakterize edilir.

İyonlaşma derecesi bire yakın olan bir madde, yani. Nötr atom ve moleküllerin bulunmadığı ortama plazma denir.

Elektrik arkı aşağıdaki özelliklerle karakterize edilir:

1. Ark şaftı ve çevre arasında açıkça tanımlanmış bir sınır.

2. Ark namlusunun içindeki yüksek sıcaklık, 6000 - 25000K'ya ulaşıyor.

3. Yüksek akım yoğunluğu ve ark tüpü (100 — 1000 A/mm2).

4. Anodik ve katodik voltaj düşüşünün küçük değerleri ve pratik olarak akıma (10 - 20 V) bağlı değildir.

Bir elektrik arkının akım-gerilim karakteristiği

Bir DC arkın ana özelliği, akım-gerilim (VAC) karakteristiği olarak adlandırılan ark voltajının akıma bağlı olmasıdır.

Ark kontaklar arasında, ateşleme voltajı Uz olarak adlandırılan belirli bir voltajda (Şekil 3) ve kontaklar arasındaki mesafeye, ortamın sıcaklık ve basıncına ve kontak ayrılma hızına bağlı olarak oluşur. Ark söndürme gerilimi Ug her zaman daha az gerilim U3.

Pirinç. 3. DC arkın (a) ve eşdeğer devresinin (b) akım-gerilim karakteristiği

Eğri 1, yayın statik özelliğidir, yani akımı yavaşça değiştirerek elde edilir. Karakteristik düşen bir karaktere sahiptir. Akım arttıkça ark gerilimi azalır. Bu, akım arttıkça ark aralığının direncinin daha hızlı azaldığı anlamına gelir.

Bir hızda veya başka bir hızda arktaki akım I1'den sıfıra düşürülürse ve aynı zamanda ark boyunca voltaj düşüşü sabitlenirse, 2. ve 3. eğriler ortaya çıkar, bu eğrilere dinamik karakteristikler denir.

Akım ne kadar hızlı azaltılırsa, dinamik I - V özellikleri o kadar düşük olacaktır. Bunun nedeni, akımda bir azalma ile, arkın namlu kesiti, sıcaklık gibi parametrelerinin hızlı bir şekilde değişmek için zamana sahip olmaması ve akımın daha düşük bir değerine karşılık gelen değerleri elde etmesidir. kararlı hal.

Ark Boşluğu Gerilim Düşümü:

Ud = Usc + EdId,

burada Us = Udo + Ua - elektrotun yakınındaki voltaj düşüşü, Ed - arktaki uzunlamasına voltaj gradyanı, ID - arkın uzunluğu.

Ark uzunluğu arttıkça ark boyunca voltaj düşüşünün artacağı ve I - V karakteristiğinin daha yüksek olacağı formülden çıkar.

Elektrikli anahtarlama cihazlarının tasarımında arklanma ile ilgilenirler. Elektrik arkının özellikleri şu alanlarda kullanılır: elektrik ark kaynağı tesisleri ve ark eritme fırınları.