Loading AI tools
Из Википедии, свободной энциклопедии
Электри́ческая дуга́ (во́льтова дуга́ или дугово́й разря́д) — вид электрического разряда в газе, возникающий за счёт явления эмиссии электронов с разогретого катода.
Впервые описана в 1801 (?) году британским ученым сэром Гемфри Дэви в «Журнале натурфилософии, химии и искусств» (Journal of Natural Philosophy, Chemistry, and the Arts) (нет ссылки на источник) и продемонстрирована им на заседании Королевского научного общества, а в 1802 году — русским учёным В. Петровым в книге с характерным названием «Известие о гальвани-вольтовских опытах посредством огромной батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков» (Санкт-Петербург, 1803). Электрическая дуга является частным случаем четвёртой формы состояния вещества — плазмы — и состоит из ионизированного, электрически квазинейтрального газа. Присутствие свободных электрических зарядов обеспечивает проводимость электрической дуги.
Электрическая дуга образуется за счёт термоэлектронной эмиссии носителей заряда под действием высокой температуры катода. Благодаря этому, в отличие от прочих видов разряда, дуга имеет низкое падение напряжения в прикатодных областях — до 5-15В. При горении дуги ионизированный газ, ускоренный электрическим полем, падает на катод, отдавая ему часть энергии и нагревая его. Анод при горении дуги также нагревается за счёт притягивающихся к нему электронов, поступающих из положительного столба.
Электрическая дуга состоит из катодной и анодной областей, столба дуги, переходных областей.
Температура в анодной области при сварке плавящимся электродом составляет около 2500 … 4000°С, температура в столбе дуги — от 7 000 до 18 000°С, в области катода — 9000 — 12000°С.
Столб дуги электрически нейтрален. В любом его сечении находятся одинаковое количество заряженных частиц противоположных знаков. Падение напряжения в столбе дуги пропорционально его длине[1].
Электрическая дуга, как мощный и концентрированный источник тепла, используется при электродуговой сварке и плазменной резке металлов, для выплавки стали в дуговых печах, инициировании взрывчатого вещества в электродетонаторах. Также дуга может быть использована для нагрева рабочего тела в электроракетных двигателях.
Совместное действие нагрева от дуги и ударных волн, возникающих при схлопывании дугового канала, используется при электроэрозионной обработки. Объёмные пульсации плазменного канала высокочастотной дуги используется для звуковоспроизведения в ионофонах.
Яркое излучение дуги используется для освещения и облучения ультрафиолетом. Дуговыми были первые серийные источники электрического света — свечи Яблочкова. Определённое распространение получили мощные источники света на основе электрической дуги — дуговые электролампы. В зависимости от состава среды в которой горит дуга, такие лампы могут быть как прямого излучения (газосветные лампы -ксеноновая дуговая лампа, угольная дуговая лампа, натриевая газоразрядная лампа, металлогалогенная лампа, кварцевая и бактерицидная лампы), так и косвенного, с помощью люминофоров — ртутная газоразрядная лампа (люминесцентная), лампа Вуда.
Влияние на состав плазмы дугу материала электродов используют в вакуумно-дуговом нанесении покрытий и в спектроскопии, например, в стилоскопах, для получения спектра излучения исследуемого образца.
Особенности физики зажигания дуги (необходимость катодного пятна) используют в ртутных выпрямителях.
Иногда используется свойство нелинейной вольт-амперной характеристики дуги (см. автомат гашения поля, разрядники).
В ряде устройств явление электрической дуги является вредным. Это, в первую очередь, контактные коммутационные устройства, используемые в электроснабжении и электроприводе: высоковольтные выключатели, автоматические выключатели, контакторы, секционные изоляторы на контактной сети электрифицированных железных дорог и городского электротранспорта. При отключении нагрузок вышеуказанными аппаратами, между размыкающимися контактами возникает дуга. Также дуговой пробой, в том числе в квартирной проводке, приводит к возникновению пожара.
Механизм возникновения дуги в данном случае следующий:
Для минимального повреждения контактов необходимо погасить дугу в минимальное время, прилагая все усилия по недопущению нахождения дуги на одном месте (при движении дуги, теплота выделяющаяся в ней будет равномерно распределяться по телу контакта).
Для выполнения вышеуказанных требований применяются следующие методы борьбы с дугой:
Электрическая дуга создает сильное излучение в широком диапазоне волн. При горении в воздухе около 70 % энергии излучения приходится на ультрафиолет, 15 % — на видимое излучение и 15 % — на инфракрасное[2]. Воздействие на глаза может привести к электроофтальмии, а на кожу — к ожогам. Для защиты глаз и лица сварщики используют специальные сварочные маски с тёмным светофильтром. Для защиты тела — термостойкую спецодежду.
Учитывая то, что дуговой разряд по сути является открытым проводником, то прямое воздействие дуги на человека приведет к электротравме.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
