Elektriskais loks un tā īpašības

Elektriskā loka — elektroenerģijas pāreja caur gāzi starp diviem elektrodiem, no kuriem viens ir elektronu avots (katods). Elektrods ir vads, kas beidzas jebkurā elektriskās ķēdes sadaļā.

Lielos daudzumos no katoda izdalītie elektroni izraisa spēcīgu gāzes jonizāciju starp elektrodiem un tādējādi ļauj lielai strāvai plūst starp elektrodiem.

Elektriskās loka raksturīga iezīme, atšķirībā no parastās gāzes izlādes, ir tā, ka tā var sadedzināt zemā sprieguma apstākļos.

Elektrisko loku atklāja fiziķis no Sanktpēterburgas V. V. Petrovs 1802. gadā un atrada svarīgus pielietojumus tehnoloģijā.

Elektriskā loka ir izlādes veids, ko raksturo augsts strāvas blīvums, augsta temperatūra, paaugstināts gāzes spiediens un zems sprieguma kritums loka spraugā. Šajā gadījumā notiek intensīva elektrodu (kontaktu) sildīšana, uz kuriem veidojas t.s. Katodiskie un anodiskie plankumi. Katoda mirdzums ir koncentrēts nelielā spilgtā vietā, pretējā elektroda kvēlspuldze veido anoda punktu.

Varavīksnē var atzīmēt trīs apgabalus, kas ļoti atšķiras pēc tajās notiekošo procesu būtības. Tieši uz loka negatīvo elektrodu (katodu) atrodas katoda sprieguma krituma reģions. Nākamais ir plazmas loka muca. Tieši uz pozitīvo elektrodu (anodu) atrodas anoda sprieguma krituma reģions. Šie reģioni shematiski parādīti attēlā. 1.

Rīsi. 1. Elektriskā loka uzbūve

Katodiskā un anoda sprieguma krituma reģionu izmēri attēlā ir ievērojami pārspīlēti. Reāli to garums ir ļoti mazs.Piemēram, katoda sprieguma krituma garums ir elektrona brīvas kustības ceļa kārtībā (mazāks par 1 mikronu). Anoda sprieguma krituma apgabala garums parasti ir nedaudz lielāks par šo vērtību.

Normālos apstākļos gaiss ir labs izolators. Tātad spriegums, kas nepieciešams, lai izjauktu 1 cm gaisa spraugu, ir 30 kV. Lai gaisa sprauga kļūtu par vadītāju, tajā ir jārada noteikta lādētu daļiņu (elektronu un jonu) koncentrācija.

Kā rodas elektriskā loka

Elektriskā loka, kas ir lādētu daļiņu plūsma, kontakta atdalīšanas sākotnējā brīdī rodas brīvo elektronu klātbūtnes loka spraugas gāzē un elektronu, kas izstaro no katoda virsmas, rezultātā. Brīvie elektroni spraugā starp kontaktiem lielā ātrumā pārvietojas virzienā no katoda uz anodu elektriskā lauka spēku iedarbībā.

Lauka stiprums kontakta spraugas sākumā var sasniegt vairākus tūkstošus kilovoltu uz centimetru.Šī lauka spēku iedarbībā elektroni tiek novilkti no katoda virsmas un virzās uz anodu, izsitot no tā elektronus, kas veido elektronu mākoni. Šādā veidā radītā sākotnējā elektronu plūsma tālāk veido loka spraugas intensīvu jonizāciju.

Līdztekus jonizācijas procesiem lokā paralēli un nepārtraukti notiek dejonizācijas procesi. Dejonizācijas procesi sastāv no tā, ka, diviem dažādu zīmju joniem vai pozitīvam jonam un elektronam tuvojoties viens otram, tie tiek piesaistīti un, saduroties, tiek neitralizēti, turklāt lādētās daļiņas pārvietojas no dvēseļu degšanas zonas ar vairāk. - augsta lādiņu koncentrācija vidē ar zemāku lādiņu koncentrāciju. Visi šie faktori noved pie loka temperatūras pazemināšanās, tās atdzišanas un pazušanas.

Rīsi. 2. Elektriskā loka

Loka pēc aizdegšanās

Stacionārā degšanas režīmā jonizācijas un dejonizācijas procesi ir līdzsvarā.Loka stobru ar vienādu brīvo pozitīvo un negatīvo lādiņu daudzumu raksturo augsta gāzes jonizācijas pakāpe.

Viela, kuras jonizācijas pakāpe ir tuvu vienotībai, t.i. kurā nav neitrālu atomu un molekulu sauc par plazmu.

Elektrisko loku raksturo šādi raksturlielumi:

1. Skaidri noteikta robeža starp loka vārpstu un vidi.

2. Augsta temperatūra loka mucas iekšpusē, sasniedzot 6000 - 25000K.

3. Augsts strāvas blīvums un loka caurule (100 — 1000 A / mm2).

4. Nelielas anodiskā un katoda sprieguma krituma vērtības un praktiski nav atkarīgas no strāvas (10 - 20 V).

Elektriskās loka strāvas-sprieguma raksturlielums

Līdzstrāvas loka galvenā īpašība ir loka sprieguma atkarība no strāvas, ko sauc par strāvas-sprieguma (VAC) raksturlielumu.

Loka starp kontaktiem rodas pie noteikta sprieguma (3. att.), ko sauc par aizdedzes spriegumu Uz un atkarībā no attāluma starp kontaktiem, vides temperatūras un spiediena un kontaktu atdalīšanas ātruma. Loka dzēšanas spriegums Ug vienmēr mazāks spriegums U3.

Rīsi. 3. Līdzstrāvas loka (a) un tās ekvivalentās ķēdes (b) strāvas-sprieguma raksturlielums

1. līkne ir loka statiskais raksturlielums, t.i. ko iegūst, lēnām mainot strāvu. Raksturlielumam ir krītošs raksturs. Palielinoties strāvai, loka spriegums samazinās. Tas nozīmē, ka loka spraugas pretestība samazinās ātrāk, palielinoties strāvai.

Ja vienā vai citā ātrumā strāva lokā tiek samazināta no I1 līdz nullei un vienlaikus fiksē sprieguma kritumu pa loku, tad radīsies līkne 2 un 3. Šīs līknes sauc par dinamiskajiem raksturlielumiem.

Jo ātrāk tiek samazināta strāva, jo zemāki būs dinamiskie I-V raksturlielumi. Tas ir saistīts ar faktu, ka, samazinoties strāvai, tādiem loka parametriem kā mucas šķērsgriezums, temperatūra nav laika ātri mainīties un iegūt vērtības, kas atbilst zemākai strāvas vērtībai miera stāvoklis.

Loka spraugas sprieguma kritums:

Ud = Usc + EdId,

kur Us = Udo + Ua — sprieguma kritums elektroda tuvumā, Ed — gareniskais sprieguma gradients lokā, ID — loka garums.

No formulas izriet, ka, palielinoties loka garumam, palielināsies sprieguma kritums lokā un I — V raksturlielums atradīsies augstāk.

Viņi nodarbojas ar loka izbūvi elektrisko komutācijas ierīču projektēšanā. Tiek izmantotas elektriskās loka īpašības elektriskās loka metināšanas iekārtas un iekšā loka kausēšanas krāsnis.