En elektrisk ljusbåge ( voltaisk båge , bågarladdning ) är en av typerna av elektrisk urladdning i en gas .
Beskrevs första gången 1801 av den brittiske vetenskapsmannen Sir Humphrey Davy i Journal of Natural Philosophy, Chemistry and the Arts och demonstrerades av honom vid ett möte i Royal Scientific Society, och 1802 av den ryske vetenskapsmannen V. Petrov i en bok med den karakteristiska titeln "Nyheter om galvanisk-voltaiska experiment med hjälp av ett enormt batteri, ibland bestående av 4200 koppar- och zinkcirklar" (S:t Petersburg, 1803) . En elektrisk ljusbåge är ett specialfall av den fjärde formen av materiens tillstånd - plasma - och består av en joniserad, elektriskt kvasi-neutral gas. Närvaron av fria elektriska laddningar säkerställer ledningsförmågan hos ljusbågen.
En elektrisk båge mellan två elektroder i luft vid atmosfärstryck bildas enligt följande:
När spänningen mellan de två elektroderna ökar till en viss nivå i luften uppstår ett elektriskt genombrott mellan elektroderna . Den elektriska genomslagsspänningen beror på avståndet mellan elektroderna och andra faktorer. Joniseringspotentialen för den första elektronen av metallatomer är ungefär 4,5 - 5 V, och ljusbågsspänningen är dubbelt så stor (9 - 10 V). Det krävs att energi förbrukas på att en elektron kommer ut från metallatomen i en elektrod och på joniseringen av den andra elektrodens atom. Processen leder till bildandet av ett plasma mellan elektroderna och förbränning av en båge (för jämförelse: minimispänningen för bildandet av en gnisturladdning överstiger något elektronutgångspotentialen - upp till 6 V).
För att initiera ett genombrott vid den tillgängliga spänningen förs elektroderna närmare varandra. Under ett haveri uppstår vanligtvis en gnisturladdning mellan elektroderna , vilket pulsstänger den elektriska kretsen . Elektroner i gnisturladdningar joniserar molekyler i luftgapet mellan elektroderna. Med tillräcklig effekt av spänningskällan i luftgapet bildas en tillräcklig mängd plasma för ett betydande fall i genombrottsspänningen eller resistansen i luftgapet. I det här fallet förvandlas gnistanladdningar till en ljusbågsurladdning - en plasmasladd mellan elektroderna, som är en plasmatunnel . Den resulterande bågen är i själva verket en ledare och stänger den elektriska kretsen mellan elektroderna. Som ett resultat ökar den genomsnittliga strömmen ännu mer och värmer bågen upp till 5000-50000 K. I det här fallet anses det att tändningen av bågen är klar. Efter antändning säkerställs en stabil ljusbågsbränning genom termionisk emission från katoden som värms upp av ström och jonbombardement.
Efter tändning kan ljusbågen förbli stabil när de elektriska kontakterna är separerade upp till ett visst avstånd.
Interaktionen mellan elektroder och bågplasma leder till deras uppvärmning, partiell smältning, förångning, oxidation och andra typer av korrosion.
Den elektriska ljusbågen består av katod- och anodområden, bågpelare, övergångsområden. Tjockleken på anodområdet är 0,001 mm och tjockleken på katodområdet är cirka 0,0001 mm.
Temperaturen i anodområdet under förbrukningsbar elektrodsvetsning är cirka 2500 ... 4000 ° C, temperaturen i bågkolonnen är från 7 000 till 18 000 ° C, i katodområdet - 9 000 - 12 000 ° C.
Bågpelaren är elektriskt neutral. I någon av dess sektioner finns det samma antal laddade partiklar med motsatta tecken. Spänningsfallet i bågkolonnen är proportionellt mot dess längd [1] .
Svetsbågar klassificeras enligt:
Den elektriska ljusbågen, som en kraftfull och koncentrerad värmekälla , används vid bågsvetsning och plasmaskärning av metaller, för stålsmältning i ljusbågsugnar och initiering av sprängämnen i elektriska detonatorer . Dessutom kan ljusbågen användas för att värma arbetsvätskan i elektriska raketmotorer .
Den kombinerade effekten av uppvärmning från ljusbågen och stötvågor som uppstår vid kollapsen av ljusbågskanalen används vid elektrisk urladdningsbearbetning . Volumetriska pulseringar av plasmakanalen i en högfrekvent båge används för ljudåtergivning i jonofoner .
Den ljusa strålningen från bågen används för belysning. Arc var de första seriella källorna till elektriskt ljus - Yablochkov-ljus . Kraftfulla ljuskällor baserade på en ljusbåge - ljusbåge elektriska lampor - har fått en viss fördelning . Beroende på sammansättningen av mediet i vilket ljusbågen brinner, kan sådana lampor vara antingen direktstrålning ( xenonbågelampa , kolbågelampa , natriumgasurladdningslampa ), eller indirekt, med användning av fosfor - en kvicksilvergasurladdningslampa .
Inverkan på plasmasammansättningen av elektrodmaterialets båge används i vakuumbågbeläggning och vid spektroskopi , till exempel i ståloskop , för att erhålla emissionsspektrumet för provet som studeras.
Funktioner i bågtändningens fysik (behovet av en katodfläck) används i kvicksilverlikriktare .
Ibland används egenskapen för den icke-linjära ström-spänningskarakteristiken för bågen (se fältsläckningsmaskin , avledare ).
I ett antal enheter är fenomenet en elektrisk ljusbåge skadligt. Dessa är först och främst kontaktbrytare som används i strömförsörjning och elektrisk drivning: högspänningsomkopplare , automatiska strömbrytare , kontaktorer , sektionsisolatorer på kontaktnätet för elektrifierade järnvägar och elektriska stadstransporter. När lasterna kopplas bort av ovanstående enheter uppstår en ljusbåge mellan brytande kontakterna.
Mekanismen för uppkomsten av en båge i detta fall är följande:
För minimal skada på kontakterna är det nödvändigt att släcka ljusbågen på minsta möjliga tid och göra allt för att förhindra att ljusbågen är på ett ställe (när bågen rör sig kommer värmen som frigörs i den att fördelas jämnt över kontaktkroppen ).
För att uppfylla ovanstående krav används följande bågundertryckningsmetoder:
Den elektriska ljusbågen skapar stark strålning i ett brett spektrum av vågor. Vid förbränning i luft faller cirka 70 % av strålningsenergin på ultraviolett , 15 % på synlig strålning och 15 % på infraröd [2] . Exponering för ögonen kan leda till elektroftalmi och exponering för huden kan leda till brännskador . För att skydda ögonen och ansiktet använder svetsare speciella svetsmasker med mörkt filter . För att skydda kroppen - värmetålig overall .
Med tanke på att ljusbågsurladdningen i huvudsak är en öppen ledare, kommer ljusbågens direkta påverkan på en person att leda till elektrisk skada .
| Svetsning | |
|---|---|
| Terminologi | |
| Elektrisk ljusbåge | |
| trycksvetsning | |
| kontaktsvetsning | |
| Andra typer av svetsning | |
| Metallsvetsning | |
| Svetsning av icke-metaller | |
| Utrustning och utrustning | |
| Professionella organisationer | |
| Professionella utgåvor | |
| Yrkessjukdomar | |