Arc elèctric i les seves característiques
Arc elèctric — el pas de l'electricitat a través d'un gas entre dos elèctrodes, un dels quals és font d'electrons (càtode). Un elèctrode és un cable que acaba en qualsevol secció d'un circuit elèctric.
Els electrons emesos pel càtode en grans quantitats provoquen una forta ionització del gas entre els elèctrodes i, per tant, permeten que un gran corrent flueixi entre els elèctrodes.
Una característica d'un arc elèctric, a diferència d'una descàrrega de gas convencional, és que pot cremar a baixa tensió.
L'arc elèctric va ser descobert per un físic de Sant Petersburg V. V. Petrov el 1802 i va trobar aplicacions importants en tecnologia.
Un arc elèctric és un tipus de descàrrega caracteritzada per una alta densitat de corrent, alta temperatura, pressió de gas elevada i baixa caiguda de tensió a través de l'espai de l'arc. En aquest cas, es produeix un escalfament intensiu dels elèctrodes (contactes), sobre els quals es formen els anomenats. Taques catòdiques i anòdiques. La resplendor del càtode es concentra en un petit punt brillant, la part incandescent de l'elèctrode oposat forma el punt de l'ànode.
A l'arc de Sant Martí es poden observar tres àrees, molt diferents en la naturalesa dels processos que s'hi tenen lloc. Directament a l'elèctrode negatiu (càtode) de l'arc hi ha la regió de caiguda de tensió del càtode. El següent és el canó d'arc de plasma. Directament a l'elèctrode positiu (ànode) hi ha la regió de caiguda de tensió anòdica. Aquestes regions es mostren esquemàticament a la Fig. 1.
Arròs. 1. L'estructura de l'arc elèctric
Les mides de les regions de caiguda de tensió catòdica i anòdica de la figura són molt exagerades. En realitat, la seva longitud és molt petita.Per exemple, la longitud de la caiguda de tensió catòdica és de l'ordre del camí de lliure moviment d'un electró (menys d'1 micra). La longitud de la regió de caiguda de tensió de l'ànode sol ser lleugerament superior a aquest valor.
En condicions normals, l'aire és un bon aïllant. Per tant, la tensió necessària per trencar un espai d'aire d'1 cm és de 30 kV. Perquè l'entrefer es converteixi en conductor, cal crear-hi una certa concentració de partícules carregades (electrons i ions).
Com es produeix un arc elèctric
L'arc elèctric, que és un corrent de partícules carregades, en el moment inicial de la separació del contacte es produeix com a resultat de la presència d'electrons lliures en el gas de l'espai d'arc i electrons emesos des de la superfície del càtode. Els electrons lliures a l'espai entre els contactes es mouen a gran velocitat en la direcció del càtode a l'ànode sota l'acció de les forces del camp elèctric.
La força de camp al començament de la bretxa de contacte pot arribar a diversos milers de quilovolts per centímetre.Sota l'acció de les forces d'aquest camp, els electrons s'extreuen de la superfície del càtode i es desplacen cap a l'ànode, fent-ne caure els electrons, que formen un núvol d'electrons. El flux inicial d'electrons creat d'aquesta manera forma encara més una ionització intensa de l'espai d'arc.
Juntament amb els processos d'ionització, els processos de desionització es produeixen en paral·lel i contínuament a l'arc. Els processos de desionització consisteixen en el fet que quan dos ions de signes diferents o un ió positiu i un electró s'apropen entre ells, s'atreuen i, xocant, es neutralitzen, a més, les partícules carregades es mouen de la zona ardent de les ànimes amb més - alta concentració de càrregues a l'entorn amb una concentració menor de càrregues. Tots aquests factors condueixen a una disminució de la temperatura de l'arc, al seu refredament i a la seva desaparició.
Arròs. 2. Arc elèctric
Arc després de l'encesa
En el mode de combustió estacionària, els processos d'ionització i desionització estan en equilibri.El barril d'arc amb una quantitat igual de càrregues positives i negatives lliures es caracteritza per un alt grau d'ionització de gas.
Una substància el grau d'ionització de la qual és proper a la unitat, és a dir. en el qual no hi ha àtoms i molècules neutres s'anomena plasma.
L'arc elèctric es caracteritza per les següents característiques:
1. Un límit clarament definit entre l'eix de l'arc i l'entorn.
2. L'alta temperatura dins del barril d'arc, arribant a 6000 — 25000K.
3. Alta densitat de corrent i tub d'arc (100 — 1000 A / mm2).
4. Valors petits de la caiguda de tensió anòdica i catòdica i pràcticament no depèn del corrent (10 — 20 V).
Característica corrent-tensió d'un arc elèctric
La característica principal d'un arc de corrent continu és la dependència de la tensió de l'arc del corrent, que s'anomena característica de tensió de corrent (VAC).
L'arc es produeix entre els contactes a una determinada tensió (Fig. 3), anomenada tensió d'encesa Uz i en funció de la distància entre els contactes, la temperatura i pressió de l'entorn i la velocitat de separació dels contactes. Tensió d'extinció de l'arc Ug sempre menys tensió U3.
Arròs. 3. Característica corrent-tensió d'un arc de corrent continu (a) i el seu circuit equivalent (b)
La corba 1 és la característica estàtica de l'arc, és a dir. obtingut variant lentament el corrent. La característica té un caràcter descendent. A mesura que augmenta el corrent, la tensió de l'arc disminueix. Això significa que la resistència de l'espai d'arc disminueix més ràpidament a mesura que augmenta el corrent.
Si a una velocitat o altra el corrent a l'arc es redueix de I1 a zero i alhora fixa la caiguda de tensió al llarg de l'arc, es produiran les corbes 2 i 3. Aquestes corbes s'anomenen característiques dinàmiques.
Com més ràpid es redueixi el corrent, més baixes seran les característiques dinàmiques I — V. Això es deu al fet que amb una disminució del corrent, paràmetres de l'arc com la secció transversal del canó, la temperatura, no tenen temps per canviar ràpidament i adquirir valors corresponents a un valor més baix del corrent en un estat estable.
Caiguda de tensió d'Arc Gap:
Ud = Usc + EdId,
on Us = Udo + Ua — caiguda de tensió prop de l'elèctrode, Ed — gradient de tensió longitudinal a l'arc, ID — la longitud de l'arc.
De la fórmula es dedueix que a mesura que augmenta la longitud de l'arc, la caiguda de tensió a través de l'arc augmentarà i la característica I — V es situarà més alta.
S'ocupen de l'arc en el disseny de dispositius de commutació elèctrica. S'utilitzen les propietats de l'arc elèctric instal·lacions de soldadura per arc elèctric i en forns de fusió d'arc.