بسبب ارتفاع درجة الحرارة، تنبعث أقطاب القوس الكهربائي ضوءًا مبهرًا، وبالتالي يعد القوس الكهربائي أحد أفضل مصادر الضوء. تستهلك فقط حوالي 0.3 واط لكل شمعة وهي أكثر اقتصادا بشكل ملحوظ. من أفضل المصابيح المتوهجة. تم استخدام القوس الكهربائي لأول مرة للإضاءة بواسطة P. N. Yablochkov في عام 1875 وكان يطلق عليه "الضوء الروسي" أو "الضوء الشمالي".
يستخدم القوس الكهربائي أيضًا في لحام الأجزاء المعدنية (لحام القوس الكهربائي). حاليًا، يتم استخدام القوس الكهربائي على نطاق واسع جدًا في الأفران الكهربائية الصناعية. في الصناعة العالمية، يتم صهر حوالي 90% من فولاذ الأدوات وجميع أنواع الفولاذ الخاصة تقريبًا في الأفران الكهربائية.
من المثير للاهتمام للغاية أن قوس الزئبق يحترق في أنبوب الكوارتز، ما يسمى بمصباح الكوارتز. في هذا المصباح، لا يحدث تفريغ القوس في الهواء، ولكن في جو من بخار الزئبق، حيث يتم إدخال كمية صغيرة من الزئبق في المصباح، ويتم ضخ الهواء. ضوء قوس الزئبق غني للغاية بالأشعة فوق البنفسجية غير المرئية، والتي لها تأثيرات كيميائية وفسيولوجية قوية. وتستخدم مصابيح الزئبق على نطاق واسع في علاج الأمراض المختلفة ("شمس الجبل الاصطناعية")، وكذلك في البحث العلمي كمصدر قوي للأشعة فوق البنفسجية.
تفريغ الحماس.بالإضافة إلى الشرارة والإكليل والقوس، هناك شكل آخر من أشكال التفريغ المستقل في الغازات - ما يسمى بتفريغ التوهج. للحصول على هذا النوع من التفريغ، من المناسب استخدام أنبوب زجاجي يبلغ طوله حوالي نصف متر، ويحتوي على قطبين كهربائيين معدنيين. لنقم بتوصيل الأقطاب الكهربائية بمصدر تيار مباشر بجهد يصل إلى عدة آلاف من الفولتات (ستقوم الآلة الكهربائية بذلك) ونضخ الهواء تدريجيًا من الأنبوب. عند الضغط الجوي، يظل الغاز الموجود داخل الأنبوب داكنًا لأن الجهد المطبق الذي يبلغ عدة آلاف من الفولتات لا يكفي لاختراق فجوة الغاز الطويلة. ومع ذلك، عندما ينخفض ضغط الغاز بدرجة كافية، يومض تفريغ مضيء في الأنبوب. يبدو وكأنه سلك رفيع (قرمزي في الهواء، وألوان أخرى في غازات أخرى) يربط كلا القطبين. في هذه الحالة، يقوم عمود الغاز بتوصيل الكهرباء بشكل جيد.
مع مزيد من الإخلاء، يطمس الحبل المضيء ويتوسع، ويملأ التوهج الأنبوب بأكمله تقريبا. ويتم التمييز بين جزأين التفريغ التاليين: 1) الجزء غير المضيء المجاور للكاثود، ويسمى مساحة الكاثود المظلم؛ 2) عمود مضيء من الغاز يملأ بقية الأنبوب وصولاً إلى القطب الموجب. يسمى هذا الجزء من التفريغ بالعمود الموجب.
وهذه هي الطريقة التي يعمل بها. أثناء تفريغ التوهج، يقوم الغاز بتوصيل الكهرباء بشكل جيد، مما يعني الحفاظ على التأين القوي في الغاز طوال الوقت. في هذه الحالة، على عكس تفريغ القوس، يظل الكاثود باردًا طوال الوقت. لماذا يحدث تكوين الأيونات في هذه الحالة؟
يختلف الانخفاض في الجهد أو الجهد لكل سنتيمتر من طول عمود الغاز في تفريغ التوهج اختلافًا كبيرًا في أجزاء مختلفة من التفريغ. اتضح أن الانخفاض الكامل في الإمكانات تقريبًا يحدث في الفضاء المظلم. ويسمى فرق الجهد الموجود بين الكاثود والحدود الفضائية الأقرب إليه بانخفاض جهد الكاثود. ويقاس بالمئات، وفي بعض الحالات بالآلاف. يبدو أن التفريغ بأكمله موجود بسبب سقوط الكاثود.
تكمن أهمية سقوط الكاثود في أن الأيونات الموجبة، التي تمر عبر فرق الجهد الكبير هذا، تكتسب سرعة أكبر. نظرًا لأن حدوث الكاثود يتركز في طبقة رقيقة من الغاز، فلا يحدث هنا تقريبًا أي تصادمات للأيونات مع ذرات الغاز، وبالتالي، عند المرور عبر منطقة حدوث الكاثود، تكتسب الأيونات طاقة حركية عالية جدًا. ونتيجة لذلك، عندما تصطدم بالكاثود، فإنها تطرد منه عددًا معينًا من الإلكترونات، والتي تبدأ في التحرك نحو القطب الموجب. عند المرور عبر الفضاء المظلم، يتم تسريع الإلكترونات بدورها من خلال انخفاض جهد الكاثود، وعند اصطدامها بذرات الغاز في جزء أبعد من التفريغ، تنتج تأثير التأين. يتم تسريع الأيونات الموجبة التي تنشأ في هذه الحالة مرة أخرى عن طريق سقوط الكاثود وطرد إلكترونات جديدة من الكاثود، وما إلى ذلك. وبالتالي، يتكرر كل شيء طالما كان هناك جهد على الأقطاب الكهربائية.
وهذا يعني أننا نرى أن أسباب تأين الغاز في تفريغ التوهج هي التأين الصادم وطرد الإلكترونات من الكاثود بواسطة الأيونات الموجبة.
يستخدم هذا التفريغ بشكل رئيسي للإضاءة. تستخدم في مصابيح الفلورسنت.
د أو ج ل أ د
حول الموضوع: "أنواع الإفرازات وتطبيقاتها"
أكمله: Shutov E.Yu.
10 فئة
لقد تاكدت.
إذا انخفضت مقاومة الدائرة تدريجيًا بعد إشعال تفريغ الشرارة، فستزداد قوة التيار في الشرارة. عندما تصبح مقاومة الدائرة منخفضة بدرجة كافية، يحدث شكل جديد من تفريغ الغاز، يسمى تفريغ القوس (انظر الملحق 1.5). في هذه الحالة، يزداد التيار بشكل حاد، حيث يصل إلى عشرات ومئات الأمبيرات، وينخفض الجهد عبر فجوة التفريغ إلى عدة عشرات من الفولتات. وهذا يدل على ظهور عمليات جديدة أثناء التفريغ، مما يضفي موصلية عالية جدًا للغاز.
يمكن الحصول على تفريغ القوس من مصدر جهد منخفض، متجاوزًا مرحلة الشرارة. قام أستاذ الفيزياء في أكاديمية سانت بطرسبرغ الطبية الجراحية، في. الخلايا. واكتشف أنه في هذه الحالة يظهر عمود من الغاز متوهج بين أطراف الفحم، ويسخن الفحم نفسه إلى وهج مبهر.
في الوقت الحالي، غالبًا ما يتم إنتاج قوس كهربائي يحترق عند الضغط الجوي بين أقطاب كربون خاصة مصنوعة عن طريق ضغط مسحوق الجرافيت والمواد الرابطة (كربونات القوس). النقطة الأكثر سخونة في القوس هي المنخفض الذي يتكون على القطب الموجب ويسمى "فوهة القوس". تبلغ درجة حرارته عند الضغط الجوي حوالي 4000 كلفن، وعند ضغط 20 ضغط جوي تتجاوز 7000 كلفن، أي. أعلى من درجة حرارة السطح الخارجي للشمس (حوالي 6000 كلفن).
ما هو السبب الرئيسي لارتفاع التوصيل الكهربائي للغاز في تفريغ القوس؟ لقد ثبت أنه يتم الحفاظ على التوصيل الكهربائي الجيد للقوس بسبب ارتفاع درجة حرارة القطب السالب بسبب الانبعاث الحراري المكثف. وهذا ما تؤكده حقيقة أنه في كثير من الحالات لا يمكن الحصول على قوس مستقر إلا إذا كان الكاثود عند درجة حرارة عالية، في حين أن درجة حرارة الأنود ليست ذات أهمية كبيرة. لذلك، على سبيل المثال، إذا كان أحد أقطاب القوس مصنوعًا من قضيب كربون، والآخر عبارة عن لوح نحاسي ضخم ومبرد جيدًا، وتم نقل قضيب الكربون بالقرب من اللوحة (بحيث لا يمكن تسخينه)، إذن يحدث القوس المستقر فقط بزاوية سلبية. إذا كانت اللوحة بمثابة القطب السلبي، فإن القوس يضيء بشكل دوري ويخرج مرة أخرى، ومن المستحيل الحصول على احتراق مستقر. يحدث تفريغ القوس في جميع الحالات عندما يصبح الانبعاث الحراري هو السبب الرئيسي لتأين الغاز بسبب تسخين الكاثود. على سبيل المثال، في تفريغ التوهج، لا تتسبب الأيونات الموجبة التي تقصف الكاثود في انبعاث إلكترون ثانوي فحسب، بل تؤدي أيضًا إلى تسخين الكاثود. لذلك، إذا قمت بزيادة التيار في تفريغ التوهج، فإن درجة حرارة الكاثود تزيد، وعندما تصل إلى هذه القيمة التي يبدأ فيها انبعاث حراري ملحوظ، يتحول تفريغ التوهج إلى قوس. في هذه الحالة، يختفي أيضًا انخفاض جهد الكاثود.
جنبا إلى جنب مع الأقواس الحرارية التي تمت مناقشتها أعلاه، يتم ملاحظة تفريغ القوس أيضًا عند درجة حرارة الكاثود منخفضة نسبيًا (على سبيل المثال، في مصباح القوس الزئبقي).
تم استخدام القوس الكهربائي لأول مرة للإضاءة في عام 1875 من قبل المهندس والمخترع الروسي ب.ن. يابلوشكين (1847-1894) وحصل على اسم "النور الروسي" أو "النور الشمالي". في "شمعة يابلوشكوف" تم ترتيب الفحم بشكل متوازي ومفصول بطبقة منحنية، وتم ربط أطرافه بواسطة "جسر إشعال" موصل. عندما تم تشغيل التيار، احترق جسر الإشعال وتشكل قوس كهربائي بين الفحم. ومع احتراق الفحم، تبخرت الطبقة العازلة.
تظهر العديد من الدراسات للأقواس الكهربائية ذات الأقطاب الكهربائية الباردة أن مصدر انبعاث الإلكترون القوي من الكاثود هو نقطة صغيرة متوهجة بشكل ساطع ومتحركة باستمرار على الكاثود، والتي تظهر دائمًا في مثل هذه الأقواس (بقعة الكاثود). كثافة التيار في بقعة الكاثود هائلة ويمكن أن تصل إلى 1010 -1011 أمبير/م2. سبب تكوين بقعة الكاثود هو الزيادة القوية في تركيز الأيونات الموجبة عند الكاثود، مما يخلق مجالًا كهربائيًا محليًا قويًا جدًا، مما يسبب انبعاث مجال قوي. ولذلك، تسمى الأقواس الكهربائية ذات الكاثودات الباردة أحيانًا أقواس المجال الإلكتروني. يمكن أن تحدث بقعة الكاثود ليس فقط على سطح الزئبق، ولكن أيضًا على أي قطب معدني صلب.
بسبب ارتفاع درجة الحرارة، تنبعث أقطاب القوس الكهربائي ضوءا مبهرا (توهج عمود القوس أضعف، لأن انبعاثية الغاز صغيرة)، وبالتالي فإن القوس الكهربائي هو أحد أفضل مصادر الضوء. يستخدم القوس الكهربائي على نطاق واسع في أجهزة العرض والإضاءة الكاشفة وغيرها من المنشآت. الطاقة المحددة التي تستهلكها أقل من تلك التي تستهلكها المصابيح المتوهجة. تستهلك حوالي 3 واط فقط لكل شمعة وهي أكثر اقتصادا بكثير من أفضل المصابيح المتوهجة.
تستخدم مصابيح القوس عالية الضغط أيضًا كمصادر للضوء. من المثير للاهتمام للغاية أن قوس الزئبق يحترق في أنبوب الكوارتز، ما يسمى بمصباح الكوارتز. في هذا المصباح، لا يحدث تفريغ القوس في الهواء، ولكن في جو من بخار الزئبق، حيث يتم إدخال كمية صغيرة من الزئبق في المصباح، ويتم ضخ الهواء. ضوء قوس الزئبق غني للغاية بالأشعة فوق البنفسجية، التي لها تأثيرات كيميائية وفسيولوجية قوية. لتتمكن من استخدام هذا الإشعاع، المصباح مصنوع ليس من الزجاج، الذي يمتص الأشعة فوق البنفسجية بقوة، ولكن من الكوارتز المنصهر. وتستخدم مصابيح الزئبق على نطاق واسع في علاج الأمراض المختلفة، وكذلك في البحث العلمي كمصدر قوي للأشعة فوق البنفسجية.
في عام 1882، استخدم N. N. Benardos لأول مرة تفريغ القوس لقطع ولحام المعادن. يؤدي التفريغ بين قطب الكربون الثابت والمعدن إلى تسخين تقاطع لوحين معدنيين (أو صفائح) ولحامهما. استخدم بيناردوس نفس الطريقة في قطع الصفائح المعدنية وإحداث ثقوب فيها. في عام 1888، قام N. G. Slavyanov بتحسين طريقة اللحام هذه، واستبدال قطب الكربون بقطب معدني. تتيح درجة الحرارة المرتفعة لتصريف القوس استخدامه لبناء فرن القوس. حاليًا ، تُستخدم أفران القوس التي تعمل بتيار عالٍ جدًا في عدد من الصناعات: لصهر الفولاذ والحديد الزهر والسبائك الحديدية والبرونز وإنتاج كربيد الكالسيوم وأكسيد النيتروجين وما إلى ذلك.
تم تقوس قناة التيار المضيئة لهذا التفريغ، مما أدى إلى ظهور اسم D. r.
تشكيل د. تسبقه عملية قصيرة غير ثابتة في الفراغ بين الأقطاب الكهربائية - فجوة التفريغ. مدة هذه العملية (وقت إنشاء د.ر.) عادة ما تكون تفريغ القوس 10 -6 -10 -4 ثانيةاعتمادًا على ضغط الغاز ونوعه، وطول فجوة التفريغ، وحالة أسطح القطب الكهربائي، وما إلى ذلك. دكتور. يتم الحصول عليها عن طريق تأين الغاز في فجوة التفريغ (على سبيل المثال، باستخدام مساعد يسمى قطب الإشعال). وفي حالات أخرى للحصول على د. قم بتسخين أحد القطبين أو كليهما إلى درجة حرارة عالية أو قم بتحريك الأقطاب الكهربائية مغلقة لفترة قصيرة. دكتور. قد تنشأ أيضًا نتيجة لانهيار فجوة التفريغ الكهربائية (انظر الانهيار الكهربائي) أثناء زيادة حادة قصيرة المدى في الجهد بين الأقطاب الكهربائية. إذا حدث الانهيار عند ضغط غاز قريب من الغلاف الجوي، فإن العملية غير الثابتة التي تسبق التفريغ هي تفريغ شراري.
المعلمات النموذجية لـ D. r.ل د.ر. تتميز بتنوع شديد في الأشكال التي تتخذها: يمكن أن تحدث عند أي ضغط غاز تقريبًا - من أقل من 10 -5 ملم زئبق فن.ما يصل إلى مئات ماكينة الصراف الآلي; فرق الجهد بين الأقطاب الكهربائية D. r. يمكن أن تأخذ القيم من عدة فولت إلى عدة آلاف فولت (الجهد العالي D. r.). دكتور. يمكن أن يحدث ليس فقط في حالة ثابتة، ولكن أيضًا عند الجهد المتناوب بين الأقطاب الكهربائية. ومع ذلك، فإن نصف دورة الجهد المتردد عادة ما تكون أطول بكثير من الوقت الذي يستغرقه إنشاء الجهد، مما يجعل من الممكن اعتبار كل قطب كهربائي كاثودًا خلال نصف دورة واحدة، وكأنود في النصف التالي. دورة. السمات المميزة لجميع أشكال D. r. (ترتبط ارتباطًا وثيقًا بطبيعة انبعاث الإلكترونات من الكاثود في هذا النوع من التفريغ) وهي القيمة الصغيرة لهبوط الكاثود (انظر هبوط الكاثود) وكثافة التيار العالية عند الكاثود. انخفاض الكاثود في د. عادةً ما يكون ذلك بترتيب إمكانات التأين (انظر إمكانات التأين) للغاز العامل أو حتى أقل (1-10 الخامس); كثافة التيار عند الكاثود هي 10 2 -10 7 أ/سم 2. مع هذه الكثافة الحالية العالية، فإن القوة الحالية في D. r. عادة ما تكون كبيرة أيضًا - حوالي 1-10 أوأعلى، وفي بعض أشكال د. يصل إلى مئات وآلاف الأمبيرات. ومع ذلك، هناك أيضا د. مع قوة تيار منخفضة (على سبيل المثال، يمكن أن يحترق D. R. مع كاثود الزئبق عند تيارات تبلغ 0.1 أو تحت).
الانبعاثات الإلكترونية في D. فرك.الفرق الأساسي بين د. من الأنواع الأخرى من التفريغ الكهربائي الثابت في الغاز يكمن في طبيعة العمليات الأولية التي تحدث عند الكاثود وفي المنطقة القريبة من الكاثود. إذا كان في تفريغ التوهج (انظر تفريغ التوهج) وتفريغ الإكليل السلبي (انظر تفريغ الإكليل) يحدث انبعاث إلكترون ثانوي، ثم في D. r. تطير الإلكترونات خارج الكاثود في عمليات الانبعاث الحراري (انظر الانبعاث الحراري) والانبعاث الميداني (ويسمى أيضًا انبعاث النفق (انظر انبعاث النفق)). عندما تكون في د. وتحدث أولى هذه العمليات فقط، وتسمى بالثيرميونية. يتم تحديد شدة الانبعاث الحراري بواسطة درجة حرارة الكاثود. لذلك لوجود الثرميوني د. من الضروري تسخين الكاثود أو أقسامه الفردية إلى درجة حرارة عالية. يتم إجراء هذا التسخين عن طريق توصيل الكاثود بمصدر طاقة مساعد (Dr. مع تسخين خارجي؛ D.r. مع تسخين صناعي). ثيرميونيك د. ويحدث أيضًا عندما ترتفع درجة حرارة الكاثود بدرجة كافية بسبب تأثيرات الأيونات الموجبة المتكونة في فجوة التفريغ ويتسارع بواسطة المجال الكهربائي نحو الكاثود. ومع ذلك، في كثير من الأحيان مع د. بدون تسخين صناعي، تكون كثافة الانبعاث الحراري منخفضة جدًا بحيث لا يمكنها الحفاظ على التفريغ، وتلعب عملية الانبعاث الميداني دورًا مهمًا. ويسمى الجمع بين هذين النوعين من الانبعاثات انبعاث المجال الحراري.
يتطلب انبعاث المجال من الكاثود وجود مجال كهربائي قوي على سطحه. مثل هذا المجال في د. يتم إنشاؤه بواسطة شحنة حجمية من الأيونات الموجبة التي تمت إزالتها من الكاثود على مسافة بترتيب المسار الحر المتوسط (انظر متوسط المسار الحر) لهذه الأيونات (10 -6 -10 -4 سم). تظهر الحسابات أن انبعاث المجال لا يمكنه دعم D. r بشكل مستقل. ويكون دائمًا، بدرجة أو بأخرى، مصحوبًا بانبعاث حراري. نظرًا لصعوبة دراسة العمليات في طبقة رقيقة قريبة من الكاثود عند كثافات تيار عالية، فإن البيانات التجريبية حول دور الانبعاث الميداني في D.R. لم يتم تجميع ما يكفي حتى الآن. لا يمكن للتحليل النظري أن يشرح بشكل مرضي جميع الظواهر التي لوحظت في أشكال مختلفة من D. r.
العلاقة بين خصائص د. وعمليات الانبعاث.الطبقة التي ينشأ فيها المجال الكهربائي، مسببة انبعاث المجال، تكون رقيقة جدًا لدرجة أنها لا تخلق انخفاضًا كبيرًا في فرق الجهد عند الكاثود. ومع ذلك، لكي يكون هذا المجال قويًا بدرجة كافية، يجب أن تكون كثافة الشحنة الحجمية للأيونات عند الكاثود، وبالتالي كثافة التيار الأيوني، عالية. يمكن أن يحدث الانبعاث الحراري أيضًا عند الطاقة الحركية المنخفضة للأيونات عند الكاثود (أي عند حدوث كاثود منخفض)، ولكن في ظل هذه الظروف يتطلب الأمر كثافة تيار عالية - يزداد تسخين الكاثود، كلما زاد عدد الأيونات التي تقصفه . وهكذا فإن السمات المميزة لـ D. r. (انخفاض الكاثود الصغير وكثافة التيار العالية) يرجع إلى طبيعة العمليات القريبة من الكاثود.
البلازما د.ر.فجوة التفريغ د. مملوءة بالبلازما، التي تتكون من إلكترونات وأيونات وذرات وجزيئات محايدة ومثارة من مادة الغاز والقطب العامل. متوسط طاقات الجزيئات بمختلف أنواعها في البلازما د.ر. قد تكون مختلفة. لذلك، عند الحديث عن درجة حرارة الإلكترون، يتم التمييز بين درجة الحرارة الأيونية، ودرجة حرارة الإلكترون، ودرجة حرارة المكون المحايد. إذا كانت درجات الحرارة هذه متساوية، تسمى البلازما متساوية الحرارة.
المعال د. D. r يسمى المعال. مع التسخين الاصطناعي للكاثود، حيث لا يمكن الحفاظ على هذا التفريغ باستخدام طاقته الخاصة: عند إيقاف تشغيل مصدر الحرارة الخارجي، ينطفئ. يتم إشعال التفريغ بسهولة بدون أقطاب الإشعال المساعدة. زيادة الجهد لمثل هذا D. r. أولاً، يقوم بتضخيم تياره إلى قيمة تحددها شدة الانبعاث الحراري من الكاثود عند درجة حرارة فتيل معينة. ثم، حتى جهد حرج معين، يظل التيار ثابتًا تقريبًا (ما يسمى بالوضع الحر). عندما يتجاوز الجهد القيمة الحرجة، تتغير طبيعة الانبعاث من الكاثود: يبدأ التأثير الكهروضوئي وانبعاث الإلكترون الثانوي في لعب دور مهم فيه (تصبح طاقة الأيونات الموجبة كافية لإخراج الإلكترونات من الكاثود). وهذا يؤدي إلى زيادة حادة في تيار التفريغ - فهو يدخل في الوضع الأسير.
في ظل ظروف معينة، د. مع استمرار التسخين الاصطناعي في الاحتراق بشكل مطرد عندما ينخفض الجهد بين الأقطاب الكهربائية إلى قيم أقل ليس فقط من إمكانات التأين للغاز العامل، ولكن أيضًا من أدنى إمكانات الإثارة. هذا الشكل من د.ر. يسمى قوس الجهد المنخفض يرجع وجودها إلى ظهور أقصى إمكانات بالقرب من الكاثود تتجاوز إمكانات الأنود وتكون قريبة من إمكانات الإثارة الأولى للغاز، ونتيجة لذلك يصبح التأين التدريجي ممكنًا (انظر التأين).
مستقل د.الحفاظ على مثل هذا د. يتم تنفيذه بسبب طاقة التفريغ نفسه. على الكاثودات الحرارية (التنغستن، الموليبدينوم، الجرافيت) مستقلة D. r. وهو ذو طبيعة حرارية بحتة - حيث يؤدي قصفه بالأيونات الموجبة إلى تسخين الكاثود إلى درجة حرارة عالية جدًا. تتبخر مادة الكاثود منخفض الانصهار بشكل مكثف أثناء D. r؛ يعمل التبخر على تبريد الكاثود، ولا تصل درجة حرارته إلى القيم التي يمكن عندها دعم التفريغ عن طريق الانبعاث الحراري وحده - ويحدث معه انبعاث المجال.
مستقل د. يمكن أن توجد عند ضغوط غازية منخفضة للغاية (ما يسمى بأقواس الفراغ) وعند ضغوط عالية. البلازما المستقلة د. يتميز الضغط المنخفض بعدم تساوي الحرارة: تتجاوز درجة حرارة الأيونات درجة حرارة الغاز المحايد قليلاً فقط في الفضاء المحيط بمنطقة التفريغ، بينما تصل درجة حرارة الإلكترون إلى عشرات الآلاف من الدرجات، وفي الأنابيب الضيقة والتيارات العالية - مئات الآلاف. ويفسر ذلك حقيقة أن المزيد من الإلكترونات المتنقلة، التي تتلقى الطاقة من المجال الكهربائي، ليس لديها الوقت لنقلها إلى جزيئات ثقيلة في تصادمات نادرة.
في د. البلازما ذات الضغط العالي متساوية الحرارة (بتعبير أدق، شبه متساوية الحرارة، لأنه على الرغم من أن درجات حرارة جميع المكونات متساوية، فإن درجة الحرارة في أجزاء مختلفة من عمود البلازما ليست هي نفسها). هذا الشكل من د.ر. تتميز بقوة تيار كبيرة (من 10 إلى 10 3 أ) وارتفاع درجة حرارة البلازما (حوالي 10 4 ل). أعلى درجات الحرارة في مثل هذا النهر د. يتم تحقيق ذلك عن طريق تبريد القوس بتدفق السائل أو الغاز - تصبح القناة الحالية لـ "القوس المبرد" أرق وتسخن أكثر عند نفس القيمة الحالية. هذا هو شكل د. يسمى القوس الكهربائي - تحت تأثير تدفقات الغاز الموجهة خارجيًا أو الحمل الحراري الناتجة عن التفريغ نفسه، فإن القناة الحالية لـ D. r. الانحناءات.
بقع الكاثود.مستقل د. ما يميز الكاثودات منخفضة الانصهار هو أن الانبعاث الحراري الذاتي للإلكترونات يحدث فيها فقط من مناطق صغيرة من الكاثود - ما يسمى ببقع الكاثود. صغر حجم هذه البقع (أقل من 10 -2 سم) ناتجة عن تأثير القرص - تقلص القناة الحالية بواسطة المجال المغناطيسي الخاص بها. تعتمد الكثافة الحالية في بقعة الكاثود على مادة الكاثود ويمكن أن تصل إلى عشرات الآلاف أ/سم 2. لذلك، يحدث تآكل شديد في بقع الكاثود - حيث تطير منها نفاثات من بخار مادة الكاثود بسرعة حوالي 10 6 سم/ثانية. تتشكل بقع الكاثود أيضًا أثناء D. r. على كاثودات حرارية، إذا كان ضغط الغاز العامل أقل من حوالي 10 2 ملم زئبق فن.في الضغوط العالية، انبعاث المجال الحراري D. ص. مع تحرك بقع الكاثود بشكل عشوائي على طول الكاثود، فإنه يتحول إلى إشعاع حراري. بدون بقعة الكاثود.
تطبيقات د.ر.دكتور. يستخدم على نطاق واسع في أفران القوس (انظر فرن القوس) لصهر المعادن، وفي مصادر ضوء تفريغ الغاز (انظر)، وفي اللحام الكهربائي (انظر اللحام الكهربائي)، ويعمل كمصدر للبلازما في البلازماترونات. أشكال مختلفة من د. تحدث في محولات التيار الكهربائي المملوءة بالغاز والفراغ (مقومات التيار الزئبقي (انظر مقوم التيار)، والمفاتيح الكهربائية الغازية والفراغية (انظر المفتاح الكهربائي)، وما إلى ذلك). دكتور. مع التسخين الاصطناعي للكاثود يستخدم في مصابيح الفلورسنت (انظر مصابيح الفلورسنت)، غازوترون آه، ثيراترون آه، مصادر الأيونات ومصادر حزم الإلكترون.
أشعل.:التيار الكهربائي في الغاز. تيار ثابت، م.، 1971؛ كيسايف آي جي، عمليات الكاثود للقوس الكهربائي، م، 1968؛ Finkelnburg V.، Mecker G.، الأقواس الكهربائية والبلازما الحرارية، العابرة. من الألمانية، م.، 1961؛ إنجل أ.، الغازات المؤينة، العابرة. من الإنجليزية، م.، 1959؛ Kaptsov N. A.، الظواهر الكهربائية في الغازات والفراغ، M.-L.، 1947.
أ.ك.
الموسوعة السوفيتية الكبرى. - م: الموسوعة السوفيتية. 1969-1978 .
تفريغ القوس- تفريغ القوس. صناعة التفريغ على شكل قوس القوس الفلطائي تفريغ كهربائي يتم فيه تحديد المجال الكهربائي في فجوة التفريغ بشكل رئيسي من خلال حجم وموقع الشحنات الفضائية فيها، ويتميز بوجود كاثود صغير ... ... المعجم التوضيحي للمصطلحات البوليتكنيكية
يتميز التفريغ الكهربائي في الغازات بكثافة تيار عالية وانخفاض محتمل صغير بالقرب من الكاثود. مدعومة بالانبعاث الحراري أو الانبعاث الميداني من الكاثود. درجة حرارة الغاز في قناة تفريغ القوس عند ... ... القاموس الموسوعي الكبير
تفريغ القوس- أحد أنواع التفريغ الكهربائي المستقل في الغاز ويتميز بكثافة تيار عالية. يتم تسخين الغاز المتأين إلى درجة حرارة عالية في عمود بين الأقطاب الكهربائية التي يطبق عليها الجهد الكهربائي في... ... موسوعة البوليتكنيك الكبيرة
تفريغ القوس- lankinis išlydis Statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. تفريغ القوس القوس الكهربائي في الغاز vok. بوجينينتلادونج، ف روس. تفريغ القوس، م؛ تفريغ القوس في الغاز، م برانك. ديشارج دارك، و؛ décharge en régime d'arc, f; décharge par arc, f... Fizikos terminų žodynas
تفريغ كهربائي في الغازات، يحترق عند أي ضغط غاز يتجاوز 10 2 10 3 مم زئبق. فن.؛ تتميز بكثافة تيار عالية عند الكاثود وانخفاض محتمل صغير. تمت ملاحظته لأول مرة في عام 1802 بواسطة V.V Petrov في الهواء... ... القاموس الموسوعي
القوس الكهربائي في الهواء القوس الكهربائي ظاهرة فيزيائية، وهو أحد أنواع التفريغ الكهربائي في الغاز. مرادفات: قوس فولتي، تفريغ القوس. تم وصفه لأول مرة في عام 1802 من قبل العالم الروسي V.V. القوس الكهربائي هو... ... ويكيبيديا
تفريغ القوس- lankinis išlydis Statusas T sritis automatikmenys: engl. تفريغ القوس vok. بوجيننتلادونج، و؛ Lichtbogenentladung، f rus. تفريغ القوس، م برانك. تفريغ القوس، و؛ décharge en arc, f... Automatikos terminų žodynas
تفريغ القوس- lankinis išlydis Statusas T sritis chemija apibrėžtis Savaiminio elektros išlydžio dujose rūšis. السمات: الإنجليزية. قوس التفريغ روس. تفريغ القوس ... الكيمياء تنتهي بالبقاء على قيد الحياة
يتشكل القوس الكهربائي عند كثافة تيار تفريغ عالية ومع انخفاض محتمل في الكاثود يتراوح من 2 إلى 3 عشرات فولت فقط. في ظل الظروف العادية، يتم الحفاظ على تفريغ القوس عن طريق انبعاث الإلكترونات من سطح الكاثود المسخن بتأثيرات الأيونات (تم تأسيس هذا في عام 1905 من قبل الأكاديمي في.ف. ميتكيفيتش). جنبا إلى جنب مع الانبعاث الحراري، يتم الحفاظ على التوصيل الكهربائي للقوس بسبب ارتفاع درجة الحرارة عن طريق التأين الحراري.
أرز. 169. تفريغ القوس عند الضغط المنخفض.
أرز. 170. القوس عند الضغط العادي.
في العديد من النواحي الأخرى، هناك الكثير من القواسم المشتركة بين تفريغ القوس وتفريغ التوهج، خاصة إذا تم ضرب القوس عند ضغط منخفض نسبيًا (وكما هو معتاد في القوس، عند كثافة تيار عالية). يظهر شكل القوس عند الضغط المنخفض في الشكل. 169، عند الضغوط العالية، يبدو العمود الموجب للقوس وكأنه سلك رفيع إلى حد ما ومتوهج بشكل ساطع. في التين. يُظهر الشكل 170 منظرًا مميزًا لمنطقة القوس والتفريغ عند الضغط العادي.
في حالة القوس، يتركز التفريغ عند الكاثود في بقعة صغيرة ساطعة من الكاثود. عند الضغط الجوي، تكون كثافة تيار التفريغ عند نقطة الكاثود لكاثود الكربون مساوية لـ
بالنسبة لكاثود الحديد، بالنسبة للقوس الذي يحتوي على أقطاب الزئبق، عندما يحترق القوس، يصبح كاثود الكربون أكثر حدة، وعلى الأنود، على العكس من ذلك، يتم تشكيل الاكتئاب - حفرة قوس إيجابية. في منطقة التوهج الإيجابي، تصل درجة حرارة الغاز للقوس عند الضغط الجوي إلى 6000 درجة كلفن. وبالنسبة للقوس عند ضغط عشرات ومئات من الأجواء، تصل درجة حرارة الغاز في عمود القوس الموجب المنفصل إلى 10000 درجة. درجة حرارة الحفرة الإيجابية وبقعة الكاثود أقل بكثير. وهكذا، عند الضغط الجوي، تكون درجة حرارة سطح الأنود الساخن لأنود الكربون والتنغستن حوالي 4200 درجة كلفن، ودرجة حرارة بقعة الكاثود هي 2000-3000 درجة. يتم تفسير حقيقة أن الكاثود لديه درجة حرارة أقل من الأنود، أولاً، من خلال حقيقة أن الأنود يتم قصفه في الغالب بالإلكترونات، والكاثود بواسطة الأيونات، التي لها مسار حر أصغر، وبالتالي طاقة أقل، وثانيًا ، من خلال حقيقة أن الجزء من الطاقة التي يتم توصيلها إلى الكاثود أثناء التفريغ يتم إنفاقه على الانبعاث الحراري.
أرز. 171. خصائص الجهد الحالي للقوس على مسافات مختلفة بين الأقطاب الكهربائية.
مع زيادة التيار، تزداد التوصيلية الكهربائية للقوس بشكل كبير، مع زيادة الانبعاث الحراري والتأين الحراري. تتناقص المقاومة بين فحمات القوس مع زيادة التيار تقريبًا وفقًا للقانون. بالنسبة للقوس بين الأقطاب الكهربائية المعدنية، فإن الأس في الحد الثاني يختلف عن 2 وليس هو نفسه بالنسبة للمعادن المختلفة.
يتجلى تأثير الشحنات الفضائية في القوس في ظهور قوة دافعة كهربائية عكسية كبيرة (حوالي 10 فولت)، والتي يجب التغلب عليها من خلال الجهد المطبق على الأقطاب الكهربائية:
ونتيجة لذلك، مع زيادة التيار، يتناقص فرق الجهد عبر الأقطاب الكهربائية؛ لذلك، لقوس بين الفحم
والنتيجة هي خاصية مميزة للقوس فولت أمبير (الشكل 171). عندما يزيد التيار إلى حد معين
عند الوصول إلى قيمة حرجة، ينخفض فرق الجهد عبر الأقطاب الكهربائية بشكل حاد، بحوالي 10 فولت، ويصبح احتراق القوس مضطربًا (يبدأ القوس في الهسهسة). كلما زادت المسافة بين الأقطاب الكهربائية، كلما زاد الجهد المطبق على أقطاب القوس، وكلما ارتفعت خاصية الجهد الحالي.
إذا انخفض التيار في القوس بسبب التبريد العرضي لفجوة تفريغ الغاز، فكما هو واضح مما سبق، يجب زيادة الجهد على الأقطاب الكهربائية، وإلا سينطفئ القوس (عن طريق تقريب الأقطاب الكهربائية من بعضها البعض) ، يمكنك بالطبع الحفاظ على القوس حتى يبرد الكاثود). لضمان احتراق القوس المستقر، يتم إدخال مقاومة متغيرة (مقاومة "هادئة") في الدائرة الخارجية على التوالي مع القوس. مع الانخفاض العشوائي في التيار في القوس، ينخفض أيضًا انخفاض الجهد عبر مقاومة التخميد، وبالتالي، إذا ظل الجهد الموفر ثابتًا، فإن الجزء الذي يقع على القوس منه يزداد وفقًا لذلك.
أرز. 172. مصباح القوس الزئبقي.
أرز. 173. مصباح إس في دي،
القوس الكهربائي له استخدامات متنوعة. تم وصف استخدامه في اللحام الكهربائي في الفقرة 27. عند استخدام القوس للإضاءة، يتم تصنيع الفحم بقناة محفورة على طول المحور ويتم ملؤها على شكل فتيل بأملاح معدنية، مما يزيد بخارها من الضوء الناتج من الفحم. لهب القوس (فحم الفتيل). مماثلة، ما يسمى أقواس اللهب تستهلك حوالي لكل شمعة بدلا من الأقواس العادية مع الفحم النظيف. عند استخدام الأقواس في الأضواء، يتم استخدام تيار مئات الأمبيرات؛ يتم تركيز ضوء القوس الناتج لمئات الآلاف من الشموع بواسطة تسليط الضوء على مليارات الشموع.
منتشرة على نطاق واسع مصابيح قوس الزئبق التي تحتوي على أقطاب الزئبق في أسطوانات الكوارتز - "شمس الجبل الاصطناعي" (الشكل 172). لإضاءة مثل هذا المصباح، فهو مائل؛ يربط تيار من الزئبق الأقطاب الكهربائية، وعندما يتم تحويل المصباح إلى الوضع الرأسي، يتشكل قوس عند النقطة التي ينقطع فيها التيار.
حاليًا، يتم استخدام تفريغ القوس على نطاق واسع في مصابيح الضغط "عالية جدًا" (مصابيح SVD). هذه المصابيح عبارة عن قوارير كوارتز كروية سميكة الجدران مع أقطاب التنغستن الملحومة بها (الشكل 173). يتم إشعال المصباح من مصدر جهد عالي باستخدام قطب كهربائي ثالث. يتم تنفيذ تفريغ القوس في بخار الزئبق عند ضغط يبلغ حوالي 100 ضغط جوي، أو تمتلئ المصابيح بغاز خامل (نيون، أرجون، كريبتون، زينون) عند ضغط حوالي 20 ضغطًا جويًا.
أفران القوس الكهربائي، التي يتم فيها الجمع بين التسخين عن طريق تفريغ القوس مع التسخين عن طريق تيار التوصيل، تستخدم على نطاق واسع في الصناعات الكيميائية. تستخدم هذه الأفران لإذابة المواد المتفاعلة
وفي نفس الوقت يتم التفاعل عند درجة حرارة عالية. هذه هي الطريقة، على سبيل المثال، يتم الحصول على ملايين الأطنان من كربيد الكالسيوم من الجير وفحم الكوك. (عندما يتعرض كربيد الكالسيوم للماء، يتكون الأسيتيلين، والذي يستخدم في اللحام الذاتي، لتخليق المركبات العضوية، للمعالجة إلى سيانيد الكالسيوم، الذي يعمل كسماد، وما إلى ذلك). في الصناعة الكيميائية، يتم استخدام القوس كما تستخدم لتنفيذ عدد من ردود الفعل؛ على سبيل المثال، تم تطوير واستخدام طريقة لإنتاج أكسيد النيتروجين من الهواء (حسب المعادلة، ثم أكسدة لإنتاج حمض النيتريك. وهناك طريقة لمعالجة البنزين في تفريغ الغاز لزيادة خواصه القابلة للاحتراق. وفي خليط الغاز من الهيدروجين والنيتروجين، يؤدي التفريغ (وخاصة التوهج) إلى تكوين الأمونيا، ويستخدم التفريغ الصامت لإنتاج الأوزون من الأكسجين، وما إلى ذلك.
في الهندسة الكهربائية، يتم استخدام تفريغ القوس في الأجهزة المستخدمة لتصحيح التيار، على سبيل المثال، في مقومات الزئبق.
مقدمة.
خصائص تفريغ القوس.
1. تشكيل القوس.
2. بقعة الكاثود. المظهر والأجزاء الفردية
تفريغ القوس.
3. التوزيع المحتمل والجهد الحالي
خاصية تفريغ القوس.
4. درجة الحرارة والإشعاع للأجزاء الفردية من تفريغ القوس.
5. توليد الذبذبات المستمرة باستخدام الكهرباء
قوس ثلاثي.
6. تفريغ القوس الإيجابي عند الارتفاع
والضغط العالي جدا.
ثالثا. تطبيق تفريغ القوس.
1. الطرق الحديثة للمعالجة الكهربائية.
2. اللحام بالقوس الكهربائي.
3. تكنولوجيا البلازما.
4. اللحام بالبلازما.
رابعا. خاتمة.
تم اكتشاف تفريغ القوس على شكل ما يسمى بالقوس الكهربائي (أو الفلطائي) لأول مرة في عام 1802 من قبل العالم الروسي، أستاذ الفيزياء في الأكاديمية الطبية الجراحية العسكرية في سانت بطرسبرغ، وأكاديمي سانت بطرسبرغ لاحقًا. أكاديمية العلوم فاسيلي فلاديميروفيتش بيتروف. في أحد الكتب التي نشرها، يصف بيتروف ملاحظاته الأولى حول القوس الكهربائي بالكلمات التالية:
"إذا تم وضع فحمتين أو ثلاثة فحمات على بلاط زجاجي أو على مقعد بأرجل زجاجية... وإذا كانت الأدلة المعدنية المعزولة... متصلة بكلا قطبي بطارية ضخمة يتم تقريبها من بعضها البعض على مسافة واحد إلى واحد ثلاثة خطوط، ثم يظهر بينهما ضوء أو لهب أبيض شديد السطوع، منه تشتعل هذه الجمر بشكل أسرع أو أبطأ، ومنه يمكن أن يضيء السلام المظلم بوضوح تام..."
بدأ الطريق إلى القوس الكهربائي في العصور القديمة. حتى طاليس ميليتس اليوناني الذي عاش في القرن السادس قبل الميلاد، عرف خاصية الكهرمان في جذب الأجسام الخفيفة مثل الريش والقش والشعر عند فركه، وحتى خلق بريق. حتى القرن السابع عشر، كانت هذه هي الطريقة الوحيدة لكهربة الأجسام، ولم يكن لها أي تطبيق عملي. وكان العلماء يبحثون عن تفسير لهذه الظاهرة.
وجد الفيزيائي الإنجليزي ويليام جيلبرت (1544-1603) أن الأجسام الأخرى (مثل الكريستال الصخري والزجاج)، مثل الكهرمان، لها خاصية جذب الأجسام الخفيفة بعد فركها. أطلق على هذه الخصائص اسم الكهربائية، وأدخل هذا المصطلح لأول مرة (في اليونانية، العنبر هو الإلكترون).
قام عمدة مدينة ماغدبورغ، أوتو فون غيريكه (1602-1686)، بتصميم إحدى أولى الآلات الكهربائية. لقد كانت آلة إلكتروستاتيكية، وهي عبارة عن كرة كبريتية مثبتة على محور. وكان أحد القطبين... المخترع نفسه. عندما تم تدوير المقبض، تطايرت شرارات مزرقة من راحتي رئيس البلدية الراضي مع صوت طقطقة طفيف. وفي وقت لاحق، تم تحسين آلة غيريكه من قبل مخترعين آخرين. وتم استبدال كرة الكبريت بكرة زجاجية، وبدلاً من كف الباحث، تم استخدام وسادات جلدية كأحد الأعمدة.
كان من الأهمية بمكان اختراع وعاء ليدن المكثف في القرن الثامن عشر، والذي جعل من الممكن تخزين الكهرباء. كان وعاءً زجاجيًا مملوءًا بالماء، ومغلفًا بورق الألمنيوم. تم غمر قضيب معدني مر عبر سدادة في الماء.
أثبت العالم الأمريكي بنجامين فرانكلين (1706-1790) أن الماء لا يلعب أي دور في تجميع الشحنات الكهربائية؛ فالزجاج يمتلك هذه الخاصية.
أصبحت الآلات الكهروستاتيكية منتشرة على نطاق واسع، ولكن فقط كأدوات ممتعة. ومع ذلك، كانت هناك محاولات لعلاج المرضى بالكهرباء، ولكن من الصعب تحديد التأثير العلاجي الطبيعي لمثل هذا العلاج.
أثبت الفيزيائي الفرنسي تشارلز كولومب (1736-1806)، مؤسس الكهرباء الساكنة، عام 1785 أن قوة التفاعل بين الشحنات الكهربائية تتناسب مع مقاديرها وتتناسب عكسيا مع مربع المسافة بينها.
في الأربعينيات من القرن الثامن عشر، طرح بنجامين فرانكلين النظرية القائلة بوجود نوع واحد فقط من الكهرباء - وهي مادة كهربائية خاصة تتكون من جزيئات صغيرة قادرة على اختراق المادة. إذا كان الجسم يحتوي على فائض من المادة الكهربائية، فإنه يشحن بشكل إيجابي، وإذا كان هناك نقص، فإن الجسم يشحن بشكل سلبي. أدخل فرانكلين علامتي الزائد والناقص موضع التنفيذ، بالإضافة إلى المصطلحات: المكثف، الموصل، الشحنة.
تم وضع النظريات الأصلية حول طبيعة الكهرباء بواسطة M. V. Lomonosov (1711-1765)، ليونارد أويلر (1707-1783)، فرانز أبينوس (1724-1802) وعلماء آخرين. بحلول نهاية القرن الثامن عشر، كانت خصائص وسلوك الشحنات الثابتة قد تمت دراستها بشكل كافٍ وتم شرحها إلى حد ما. ومع ذلك، لم يكن هناك شيء معروف عن تحريك الشحنات الكهربائية، حيث لم يكن هناك جهاز يمكنه تحريك عدد كبير من الشحنات. كانت التيارات الواردة من الآلة الكهروستاتيكية صغيرة جدًا بحيث لا يمكن قياسها.
1. إذا قمت بزيادة التيار في تفريغ التوهج، مما يقلل من المقاومة الخارجية، فعند التيار العالي، يبدأ الجهد عند أطراف الأنبوب في الانخفاض، ويتطور التفريغ بسرعة ويتحول إلى قوس. في معظم الحالات، يحدث الانتقال فجأة ويؤدي غالبًا إلى حدوث ماس كهربائي. من خلال اختيار مقاومة الدائرة الخارجية، من الممكن تثبيت الشكل الانتقالي للتفريغ ومراقبة، عند ضغوط معينة، الانتقال المستمر لتفريغ التوهج إلى قوس. بالتوازي مع انخفاض الجهد بين أقطاب الأنبوب، هناك زيادة في درجة حرارة الكاثود وانخفاض تدريجي في انخفاض الكاثود.
يرجع استخدام الطريقة المعتادة لإشعال القوس عن طريق تحريك الأقطاب الكهربائية بعيدًا عن بعضها البعض إلى حقيقة أن القوس يحترق عند جهد منخفض نسبيًا يصل إلى عشرات الفولتات، في حين أن إشعال تفريغ التوهج يتطلب جهدًا يصل إلى عشرات الكيلوفولتات عند الضغط الجوي. يتم تفسير عملية الإشعال عند تحريك الأقطاب الكهربائية عن طريق التسخين المحلي للأقطاب الكهربائية بسبب تكوين اتصال ضعيف بينهما في لحظة انقطاع الدائرة.
إن مسألة تطور القوس عند انقطاع الدائرة أمر مهم من الناحية الفنية ليس فقط من وجهة نظر الحصول على أقواس "مفيدة"، ولكن أيضًا من وجهة نظر مكافحة الأقواس "الضارة"، على سبيل المثال، بتكوين أقواس "مفيدة". قوس عند فتح المفتاح. دع L هو الحث الذاتي للدائرة، W هو مقاومتها، E هو القوة الدافعة الكهربية. المصدر الحالي، U(I) هو دالة لخاصية الجهد الحالي للقوس. ثم يجب أن يكون لدينا: ع= L dI/dt+WI+U(I) (1) أو
LdI/dt=(ع-WI)-U(I)=∆ (2).
الفرق (ع - WI) ليس أكثر من إحداثي المقاومة المباشرة AB (الشكل 1)، وU(I) هو إحداثي خاصية القوس لـ I معين. لذا فإن dI/dt سالب، أي. بحيث انخفض التيار بالتأكيد بمرور الوقت ولم يتشكل قوس ثابت بين أقطاب المفتاح، فمن الضروري ذلك
رسم بياني 1. الموضع النسبي لخط المقاومة والمنحنى المميز للجهد الحالي للقوس الثابت في الحالات: أ) عندما لا يمكن أن يحدث القوس عند انقطاع الدائرة؛ ب) عندما يحدث قوس أثناء انقطاع النطاق الحالي المقابل للنقطتين P و Q.
∆ع-WI حدث.
للقيام بذلك، يجب أن تقع الخاصية بكل نقاطها فوق خط المقاومة (الشكل 1، أ). هذا الاستنتاج البسيط لا يأخذ في الاعتبار السعات الموجودة في الدائرة وينطبق فقط على التيار المباشر.
تتوافق نقطة تقاطع خط المقاومة مع المنحنى المميز للجهد الحالي للقوس الثابت مع الحد الأدنى لقوة التيار المباشر الذي يمكن أن يحدث عنده قوس عند انقطاع الدائرة (الشكل 1، ب). في حالة فتح مفتاح لقوس تيار متردد يخرج مع كل انتقال جهد إلى الصفر، فمن الضروري ألا تسمح الظروف الموجودة في فجوة التفريغ أثناء الفتح بإعادة إشعال القوس مع زيادة لاحقة في الجهد من المصدر الحالي. وهذا يتطلب أنه مع زيادة الجهد، يتم إزالة فجوة التفريغ بما فيه الكفاية. في مفاتيح التيارات المتناوبة القوية، يتم تحقيق إزالة الأيونات بشكل مصطنع عن طريق إدخال أقطاب كهربائية خاصة تمتص جزيئات الغاز المشحونة بسبب الانتشار ثنائي القطب، وكذلك باستخدام النفخ الميكانيكي أو عن طريق تعريض التفريغ لمجال مغناطيسي. في الفولتية العالية، يتم استخدام مفاتيح النفط.
2. بقعة الكاثود الثابتة على كاثود الكربون الموجودة على سطح الزئبق السائل في حالة حركة سريعة مستمرة. يمكن تثبيت موضع بقعة الكاثود على سطح الزئبق السائل باستخدام دبوس معدني مغمور في الزئبق ويبرز منه قليلاً.
في حالة وجود مسافة صغيرة بين الأنود والكاثود، فإن الإشعاع الحراري للأنود يؤثر بشكل كبير على خصائص بقعة الكاثود. على مسافة كبيرة بما فيه الكفاية من الأنود من كاثود الكربون، تميل أبعاد بقعة الكاثود إلى قيمة محددة ثابتة، وتكون المساحة التي تشغلها بقعة الكاثود على قطب الكربون في الهواء متناسبة مع قوة التيار وتتوافق مع قوة تم العثور على ضغط جوي قدره 470 أمبير/سم² لقوس زئبقي يبلغ 4000 أمبير/سم² في الفراغ.
مع انخفاض الضغط، تزداد المساحة التي تشغلها نقطة الكاثود على كاثود الكربون عند تيار ثابت.
تفسر حدة الحد المرئي لبقعة الكاثود بحقيقة أن الانخفاض البطيء نسبيًا في درجة الحرارة مع المسافة من مركز البقعة يتوافق مع انخفاض سريع في كل من الإشعاع الضوئي والانبعاث الحراري، وهذا يعادل انخفاضًا حادًا “ الحدود البصرية" و"الكهربائية" للبقعة.
عندما يحترق القوس في الهواء، يصبح كاثود الكربون أكثر حدة، بينما في أنود الكربون، إذا لم يغطي التفريغ المنطقة الأمامية بأكملها من الأنود، يتم تشكيل اكتئاب دائري - حفرة قوس إيجابية.
يتم شرح تكوين بقعة الكاثود على النحو التالي. إن توزيع الشحنات الفضائية في طبقة رقيقة بالقرب من الكاثود بحيث يتطلب التفريغ أنه كلما كان المقطع العرضي لقناة التفريغ أصغر للحفاظ عليه، قل فرق الجهد. لذلك، يجب أن يتقلص التفريغ عند الكاثود.
بجوار نقطة الكاثود مباشرة يوجد جزء من التفريغ يسمى فرشاة الكاثود السالب أو اللهب السالب. يتم تحديد طول فرشاة الكاثود في القوس عند الضغط المنخفض من خلال المسافة التي تطير عبرها الإلكترونات الأولية السريعة، بعد أن تلقت سرعاتها في منطقة انخفاض جهد الكاثود.
بين الفرشاة السلبية والعمود الموجب توجد منطقة مشابهة لمساحة فاراداي المظلمة لتفريغ التوهج. في قوس بيتروف في الهواء، بالإضافة إلى الفرشاة السلبية، هناك لهب إيجابي وعدد من الهالات. ويشير التحليل الطيفي إلى وجود عدد من المركبات الكيميائية (أكاسيد السيانين والنيتروجين) في هذه النيران والهالات.
شكل متقطع (حتى عند استخدام مصادر التيار المباشر). ويحدث عادة في الغازات عند ضغوط تعادل الضغط الجوي. في ظل الظروف الطبيعية، لوحظ تفريغ شرارة في شكل البرق. في المظهر، تفريغ الشرارة عبارة عن مجموعة من الشرائط الرفيعة المتفرعة والمتعرجة اللامعة التي تخترق فجوة التفريغ على الفور، وتنطفئ بسرعة وبشكل مستمر...