Oleh kerana suhu yang tinggi, elektrod arka memancarkan cahaya yang mempesonakan, dan oleh itu arka elektrik adalah salah satu sumber cahaya terbaik. Ia menggunakan hanya kira-kira 0.3 watt setiap lilin dan jauh lebih menjimatkan. Daripada lampu pijar terbaik. Arka elektrik pertama kali digunakan untuk pencahayaan oleh P. N. Yablochkov pada tahun 1875 dan dipanggil "cahaya Rusia", atau "cahaya utara".
Arka elektrik juga digunakan untuk mengimpal bahagian logam (kimpalan arka elektrik). Pada masa ini, arka elektrik digunakan secara meluas dalam relau elektrik perindustrian. Dalam industri global, kira-kira 90% keluli alat dan hampir semua keluli khas dileburkan dalam relau elektrik.
Yang sangat menarik ialah arka merkuri yang terbakar dalam tiub kuarza, lampu kuarza yang dipanggil. Dalam lampu ini, pelepasan arka berlaku bukan di udara, tetapi dalam suasana wap merkuri, yang mana sejumlah kecil merkuri dimasukkan ke dalam lampu, dan udara dipam keluar. Cahaya arka merkuri sangat kaya dengan sinaran ultraungu yang tidak kelihatan, yang mempunyai kesan kimia dan fisiologi yang kuat. Lampu merkuri digunakan secara meluas dalam rawatan pelbagai penyakit ("matahari gunung buatan"), serta dalam penyelidikan saintifik sebagai sumber sinar ultraviolet yang kuat.
Pelepasan cahaya. Sebagai tambahan kepada percikan, korona dan arka, terdapat satu lagi bentuk pelepasan bebas dalam gas - pelepasan cahaya yang dipanggil. Untuk mendapatkan pelepasan jenis ini, adalah mudah untuk menggunakan tiub kaca kira-kira setengah meter panjang, yang mengandungi dua elektrod logam. Mari sambungkan elektrod ke sumber arus terus dengan voltan beberapa ribu volt (mesin elektrik akan berfungsi) dan secara beransur-ansur mengepam keluar udara dari tiub. Pada tekanan atmosfera, gas di dalam tiub kekal gelap kerana voltan yang dikenakan beberapa ribu volt tidak mencukupi untuk menembusi jurang gas yang panjang. Walau bagaimanapun, apabila tekanan gas menurun dengan secukupnya, nyahcas bercahaya berkelip di dalam tiub. Ia kelihatan seperti kord nipis (berwarna merah di udara, warna lain dalam gas lain) yang menghubungkan kedua-dua elektrod. Dalam keadaan ini, lajur gas mengalirkan elektrik dengan baik.
Dengan pemindahan selanjutnya, kord bercahaya kabur dan mengembang, dan cahaya memenuhi hampir keseluruhan tiub. Dua bahagian pelepasan berikut dibezakan: 1) bahagian tidak bercahaya bersebelahan dengan katod, dipanggil ruang katod gelap; 2) lajur gas bercahaya memenuhi seluruh tiub, sehingga ke anod. Bahagian pelepasan ini dipanggil lajur positif.
Dan ini adalah cara ia berfungsi. Semasa nyahcas cahaya, gas mengalirkan elektrik dengan baik, yang bermaksud pengionan yang kuat dikekalkan dalam gas sepanjang masa. Dalam kes ini, tidak seperti pelepasan arka, katod kekal sejuk sepanjang masa. Mengapakah pembentukan ion berlaku dalam kes ini?
Penurunan potensi atau voltan untuk setiap sentimeter panjang lajur gas dalam nyahcas cahaya adalah sangat berbeza di bahagian pelepasan yang berlainan. Ternyata hampir keseluruhan penurunan potensi berlaku di ruang gelap. Beza keupayaan yang wujud antara katod dan sempadan ruang yang paling hampir dengannya dipanggil kejatuhan potensi katod. Ia diukur dalam ratusan, dan dalam beberapa kes beribu-ribu volt. Keseluruhan nyahcas nampaknya wujud disebabkan kejatuhan katod ini.
Kepentingan kejatuhan katod ialah ion positif, yang melalui beza potensi yang besar ini, memperoleh kelajuan yang lebih besar. Oleh kerana kejadian katod tertumpu pada lapisan nipis gas, hampir tiada perlanggaran ion dengan atom gas berlaku di sini, dan oleh itu, melalui kawasan kejadian katod, ion memperoleh tenaga kinetik yang sangat tinggi. Akibatnya, apabila mereka berlanggar dengan katod, mereka mengeluarkan sejumlah elektron daripadanya, yang mula bergerak ke arah anod. Melepasi ruang gelap, elektron, seterusnya, dipercepatkan oleh penurunan potensi katod dan, apabila berlanggar dengan atom gas di bahagian yang lebih jauh daripada nyahcas, menghasilkan pengionan hentaman. Ion positif yang timbul dalam kes ini sekali lagi dipercepatkan oleh kejatuhan katod dan mengetuk elektron baru dari katod, dsb. Oleh itu, semuanya berulang selagi terdapat voltan pada elektrod.
Ini bermakna kita melihat bahawa sebab-sebab pengionan gas dalam nyahcas cahaya adalah pengionan hentaman dan mengetuk keluar elektron daripada katod oleh ion positif.
Pelepasan ini digunakan terutamanya untuk pencahayaan. Digunakan dalam lampu pendarfluor.
D O C L A D
mengenai topik: "JENIS PELEPASAN DAN PERMOHONANNYA"
Dilengkapkan oleh: Shutov E.Yu.
10 kelas A
saya periksa.
Jika, selepas menyalakan nyahcas percikan, rintangan litar dikurangkan secara beransur-ansur, kekuatan semasa dalam percikan akan meningkat. Apabila rintangan litar menjadi cukup rendah, satu bentuk pelepasan gas baru berlaku, dipanggil nyahcas arka (lihat Lampiran 1.5). Dalam kes ini, arus meningkat dengan mendadak, mencapai puluhan dan beratus-ratus ampere, dan voltan merentasi jurang pelepasan berkurangan kepada beberapa puluh volt. Ini menunjukkan bahawa proses baru timbul dalam pelepasan, memberikan kekonduksian yang sangat tinggi kepada gas.
Nyahcas arka boleh diperolehi daripada sumber voltan rendah, memintas peringkat percikan. Profesor Fizik di Akademi Perubatan-Pembedahan St. Petersburg V.V. Petrov, yang menemui bentuk pelepasan gas yang penting ini pada tahun 1802, menghasilkan arka elektrik dengan menolak dua keping arang, yang sebelum ini disentuh dan disambungkan kepada bateri galvanik yang berkuasa sel. Dia mendapati bahawa dalam kes ini lajur gas yang bercahaya terang muncul di antara hujung arang batu, dan arang batu itu sendiri menjadi panas kepada cahaya yang menyilaukan.
Pada masa ini, arka elektrik yang terbakar pada tekanan atmosfera paling kerap dihasilkan antara elektrod karbon khas yang dibuat dengan menekan serbuk grafit dan pengikat (karbon arka). Titik paling panas arka ialah lekukan yang terbentuk pada elektrod positif dan dipanggil "kawah arka". Suhunya pada tekanan atmosfera adalah kira-kira 4000 K, dan pada tekanan 20 atm ia melebihi 7000 K, i.e. lebih tinggi daripada suhu permukaan luar Matahari (kira-kira 6000 K).
Apakah sebab utama kekonduksian elektrik gas yang tinggi dalam nyahcas arka? Telah ditetapkan bahawa kekonduksian elektrik arka yang baik dikekalkan disebabkan oleh suhu tinggi elektrod negatif akibat pelepasan termionik yang sengit. Ini disahkan dengan baik oleh fakta bahawa dalam banyak kes arka stabil boleh diperoleh hanya jika katod berada pada suhu tinggi, manakala suhu anod tidak penting. Jadi, sebagai contoh, jika salah satu elektrod arka diperbuat daripada rod karbon, dan yang lain adalah plat tembaga yang besar dan sejuk, dan rod karbon digerakkan berhampiran plat (supaya ia tidak boleh panas), maka arka stabil hanya berlaku pada sudut negatif. Sekiranya plat berfungsi sebagai kutub negatif, maka arka secara berkala menyala dan padam semula, dan adalah mustahil untuk mendapatkan pembakaran yang stabil. Nyahcas arka berlaku dalam semua kes apabila, disebabkan oleh pemanasan katod, pelepasan termionik menjadi punca utama pengionan gas. Sebagai contoh, dalam nyahcas cahaya, ion positif yang mengebom katod bukan sahaja menyebabkan pelepasan elektron sekunder, tetapi juga memanaskan katod. Oleh itu, jika anda meningkatkan arus dalam nyahcas cahaya, suhu katod meningkat, dan apabila ia mencapai nilai sedemikian sehingga pelepasan termionik yang ketara bermula, nyahcas cahaya bertukar menjadi arka. Dalam kes ini, penurunan potensi katod juga hilang.
Bersama-sama dengan arka termionik yang dibincangkan di atas, nyahcas arka juga diperhatikan pada suhu katod yang agak rendah (contohnya, dalam lampu arka merkuri).
Arka elektrik pertama kali digunakan untuk pencahayaan pada tahun 1875 oleh jurutera-pencipta Rusia P.N. Yablochkin (1847-1894) dan menerima nama "cahaya Rusia" atau "cahaya utara". Dalam "lilin Yablochkov" arang batu disusun selari dan dipisahkan oleh lapisan melengkung, dan hujungnya disambungkan oleh "jambatan pencucuhan" konduktif. Apabila arus dihidupkan, jambatan pencucuhan terbakar dan arka elektrik terbentuk di antara arang batu. Apabila arang batu terbakar, lapisan penebat tersejat.
Banyak kajian mengenai arka elektrik dengan elektrod sejuk menunjukkan bahawa sumber pelepasan elektron yang kuat dari katod adalah titik kecil, bercahaya terang dan bergerak berterusan pada katod, yang sentiasa muncul dalam arka tersebut (tempat katod). Ketumpatan arus di tempat katod sangat besar dan boleh mencapai 10 10 -10 11 A/m 2. Sebab pembentukan bintik katod adalah peningkatan yang kuat dalam kepekatan ion positif pada katod, yang mewujudkan medan elektrik tempatan yang sangat kuat, menyebabkan pelepasan medan yang kuat. Oleh itu, arka elektrik dengan katod sejuk kadang-kadang dipanggil arka medan-elektronik. Titik katod boleh berlaku bukan sahaja pada permukaan merkuri, tetapi juga pada mana-mana elektrod logam pepejal.
Disebabkan oleh suhu yang tinggi, elektrod arka memancarkan cahaya yang mempesonakan (cahaya lajur arka lebih lemah, kerana emisitiviti gas adalah kecil), dan oleh itu arka elektrik adalah salah satu sumber cahaya terbaik. Arka elektrik digunakan secara meluas dalam unjuran, lampu limpah dan pemasangan lain. Kuasa khusus yang digunakan olehnya adalah kurang daripada lampu pijar. Ia menggunakan hanya kira-kira 3 watt setiap candela dan jauh lebih menjimatkan daripada lampu pijar terbaik.
Lampu arka tekanan tinggi juga digunakan sebagai sumber cahaya. Yang sangat menarik ialah arka merkuri yang terbakar dalam tiub kuarza, lampu kuarza yang dipanggil. Dalam lampu ini, pelepasan arka tidak berlaku di udara, tetapi dalam suasana wap merkuri, yang mana sejumlah kecil merkuri dimasukkan ke dalam lampu, dan udara dipam keluar. Cahaya arka merkuri sangat kaya dengan sinaran ultraungu, yang mempunyai kesan kimia dan fisiologi yang kuat. Untuk dapat menggunakan sinaran ini, lampu dibuat bukan dari kaca, yang menyerap sinar UV dengan kuat, tetapi dari kuarza bersatu. Lampu merkuri digunakan secara meluas dalam rawatan pelbagai penyakit, serta dalam penyelidikan saintifik sebagai sumber sinaran ultraungu yang kuat.
Pada tahun 1882, N. N. Benardos pertama kali menggunakan pelepasan arka untuk memotong dan mengimpal logam. Pelepasan antara elektrod karbon pegun dan logam memanaskan persimpangan dua kepingan logam (atau plat) dan mengimpalnya. Benardos menggunakan kaedah yang sama untuk memotong plat logam dan membuat lubang di dalamnya. Pada tahun 1888, N. G. Slavyanov memperbaiki kaedah kimpalan ini, menggantikan elektrod karbon dengan logam. Suhu tinggi pelepasan arka memungkinkan untuk menggunakannya untuk pembinaan relau arka. Pada masa ini, relau arka, dikuasakan oleh arus yang sangat tinggi, digunakan dalam beberapa industri: untuk peleburan keluli, besi tuang, ferroaloi, gangsa, untuk pengeluaran kalsium karbida, nitrogen oksida, dll.
Saluran arus bercahaya bagi pelepasan ini dilengkung, yang menimbulkan nama D. r.
Pembentukan D. r. didahului oleh proses tidak pegun pendek dalam ruang antara elektrod - jurang pelepasan. Tempoh proses ini (masa penubuhan D. r.) biasanya nyahcas Arka 10 -6 -10 -4 sec bergantung pada tekanan dan jenis gas, panjang jurang pelepasan, keadaan permukaan elektrod, dsb. D. r. diperolehi dengan mengion gas dalam jurang pelepasan (contohnya, menggunakan tambahan, yang dipanggil elektrod pencucuhan). Dalam kes lain, untuk mendapatkan D. r. panaskan satu atau kedua-dua elektrod pada suhu tinggi atau gerakkan elektrod tertutup untuk masa yang singkat. D. r. mungkin juga timbul akibat daripada pecahan celah nyahcas elektrik (Lihat Kerosakan elektrik) semasa peningkatan mendadak dalam voltan antara elektrod. Jika kerosakan berlaku pada tekanan gas yang hampir dengan atmosfera, maka proses tidak pegun yang mendahului pecahan adalah nyahcas percikan.
Parameter biasa D. r. Untuk D. r. dicirikan oleh pelbagai bentuk luar biasa yang diperlukan: ia boleh berlaku pada hampir mana-mana tekanan gas - dari kurang daripada 10 -5 mmHg Seni. sehingga ratusan atm; beza keupayaan antara elektrod D. r. boleh mengambil nilai dari beberapa volt hingga beberapa ribu volt (voltan tinggi D. r.). D. r. boleh berlaku bukan sahaja pada pemalar, tetapi juga pada voltan berselang-seli antara elektrod. Walau bagaimanapun, separuh kitaran voltan ulang-alik biasanya lebih lama daripada masa yang diperlukan untuk menetapkan voltan, yang memungkinkan untuk menganggap setiap elektrod sebagai katod semasa satu separuh kitaran, dan sebagai anod pada separuh seterusnya. kitaran. Ciri-ciri tersendiri bagi semua bentuk D. r. (berkait rapat dengan sifat pelepasan elektron dari katod dalam nyahcas jenis ini) adalah nilai kecil kejatuhan katod (Lihat kejatuhan Katod) dan ketumpatan arus yang tinggi pada katod. Penurunan katod dalam D. r. biasanya mengikut urutan potensi pengionan (Lihat Potensi pengionan) gas kerja atau lebih rendah (1-10 V); Ketumpatan arus pada katod ialah 10 2 -10 7 a/cm 2. Dengan ketumpatan arus yang begitu tinggi, kekuatan semasa dalam D. r. biasanya juga besar - kira-kira 1-10 a dan lebih tinggi, dan dalam beberapa bentuk D. r. mencapai ratusan dan ribuan ampere. Walau bagaimanapun, terdapat juga D. r. dengan kekuatan arus yang rendah (contohnya, D. R. dengan katod merkuri boleh terbakar pada arus 0.1 a dan ke bawah).
Pelepasan elektronik dalam D. gosok. Perbezaan asas antara D. r. daripada jenis nyahcas elektrik pegun lain dalam gas terletak pada sifat proses asas yang berlaku di katod dan di kawasan berhampiran katod. Jika dalam nyahcas cahaya (Lihat nyahcas cahaya) dan nyahcas korona negatif (Lihat nyahcas Corona) pelepasan elektron sekunder berlaku, maka dalam D. r. elektron terbang keluar dari katod dalam proses pelepasan termionik (Lihat pelepasan Termionik) dan pelepasan medan (juga dipanggil pelepasan terowong (Lihat pelepasan Termion)). Apabila di D. r. Hanya yang pertama daripada proses ini berlaku; ia dipanggil termionik. Keamatan pelepasan termionik ditentukan oleh suhu katod; oleh itu, untuk kewujudan D. r termionik. adalah perlu bahawa katod atau bahagian individunya dipanaskan pada suhu yang tinggi. Pemanasan sedemikian dilakukan dengan menyambungkan katod ke sumber tenaga tambahan (Dr. dengan pemanasan luaran; D.r. dengan pemanasan buatan). Termionik D. r. Ia juga berlaku apabila suhu katod meningkat secukupnya oleh kesan ion positif yang terbentuk dalam jurang nyahcas dan dipercepatkan oleh medan elektrik ke arah katod. Walau bagaimanapun, lebih kerap dengan D. r. Tanpa pemanasan buatan, keamatan pelepasan termionik terlalu rendah untuk mengekalkan pelepasan, dan proses pelepasan medan memainkan peranan penting. Gabungan kedua-dua jenis pelepasan ini dipanggil pelepasan medan haba.
Pelepasan medan dari katod memerlukan kewujudan medan elektrik yang kuat pada permukaannya. Bidang sedemikian di D. r. dicipta oleh cas isipadu ion positif yang dikeluarkan dari katod pada jarak pada susunan laluan bebas min (Lihat laluan bebas min) ion-ion ini (10 -6 -10 -4 cm). Pengiraan menunjukkan bahawa pelepasan medan tidak boleh menyokong D. r secara bebas. dan sentiasa, pada satu darjah atau yang lain, disertai dengan pelepasan termionik. Oleh kerana kesukaran mengkaji proses dalam lapisan hampir katod nipis pada ketumpatan arus tinggi, data eksperimen tentang peranan pelepasan medan dalam D.R. Belum cukup terkumpul lagi. Analisis teori masih belum dapat menjelaskan dengan memuaskan semua fenomena yang diperhatikan dalam pelbagai bentuk D. r.
Hubungan antara ciri-ciri D. r. dan proses pelepasan. Lapisan di mana medan elektrik timbul, menyebabkan pelepasan medan, sangat nipis sehingga ia tidak menghasilkan penurunan besar dalam beza potensi pada katod. Walau bagaimanapun, agar medan ini cukup kuat, ketumpatan cas isipadu ion di katod, dan oleh itu ketumpatan arus ion, mestilah tinggi. Pelepasan termion juga boleh berlaku pada tenaga kinetik ion yang rendah pada katod (iaitu, pada kejadian katod yang rendah), tetapi dalam keadaan ini ia memerlukan ketumpatan arus yang tinggi - katod semakin panas, semakin banyak bilangan ion yang mengebomnya. . Oleh itu, ciri-ciri tersendiri D. r. (penurunan katod kecil dan ketumpatan arus tinggi) adalah disebabkan oleh sifat proses hampir katod.
Plasma D. r. Jurang pelepasan D. r. diisi oleh plasma, terdiri daripada elektron, ion, atom neutral dan teruja serta molekul gas kerja dan bahan elektrod. Purata tenaga zarah pelbagai jenis dalam plasma D. r. mungkin berbeza. Oleh itu, apabila bercakap tentang suhu elektron, perbezaan dibuat antara suhu ionik, suhu elektron, dan suhu komponen neutral. Jika suhu ini sama, plasma dipanggil isoterma.
Tanggungan D. r. D. r. dipanggil bergantung. dengan pemanasan buatan katod, kerana pelepasan sedemikian tidak dapat dikekalkan menggunakan tenaganya sendiri: apabila sumber haba luaran dimatikan, ia padam. Nyahcas mudah dinyalakan tanpa elektrod pencucuhan tambahan. Meningkatkan voltan D. r sedemikian. pertama, ia menguatkan arusnya kepada nilai yang ditentukan oleh keamatan pelepasan termionik dari katod pada suhu filamen tertentu. Kemudian, sehingga voltan kritikal tertentu, arus kekal hampir malar (mod percuma yang dipanggil). Apabila voltan melebihi nilai kritikal, sifat pelepasan dari katod berubah: kesan Fotoelektrik dan pelepasan elektron sekunder mula memainkan peranan penting di dalamnya (tenaga ion positif menjadi mencukupi untuk mengetuk elektron keluar dari katod). Ini membawa kepada peningkatan mendadak dalam arus nyahcas - ia masuk ke mod tawanan.
Dalam keadaan tertentu, D. r. dengan pemanasan buatan terus terbakar secara berterusan apabila voltan antara elektrod dikurangkan kepada nilai kurang daripada bukan sahaja potensi pengionan gas kerja, tetapi juga potensi pengujaan yang paling rendah. Bentuk D. r ini. dipanggil arka voltan rendah. Kewujudannya adalah disebabkan oleh penampilan berhampiran katod potensi maksimum yang melebihi potensi anod dan hampir dengan potensi pengujaan pertama gas, akibatnya pengionan berperingkat menjadi mungkin (lihat Pengionan).
Bebas D. r. Mengekalkan D. r. dijalankan kerana tenaga pelepasan itu sendiri. Pada katod refraktori (tungsten, molibdenum, grafit) bebas D. r. bersifat termionik semata-mata - pengeboman dengan ion positif memanaskan katod ke suhu yang sangat tinggi. Bahan katod lebur rendah secara intensif menyejat semasa D. r.; penyejatan menyejukkan katod, dan suhunya tidak mencapai nilai di mana pelepasan boleh disokong oleh pelepasan termion sahaja - bersama-sama dengannya, pelepasan medan berlaku.
Bebas D. r. boleh wujud pada tekanan gas yang sangat rendah (dipanggil arka vakum) dan pada tekanan tinggi. Plasma bebas D. r. tekanan rendah dicirikan oleh bukan keisotermaan: suhu ion hanya sedikit melebihi suhu gas neutral di ruang sekitar kawasan pelepasan, manakala suhu elektron mencapai puluhan ribu darjah, dan dalam tiub sempit dan pada arus tinggi - beratus-ratus daripada beribu-ribu. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa lebih banyak elektron mudah alih, menerima tenaga dari medan elektrik, tidak mempunyai masa untuk memindahkannya ke zarah berat dalam perlanggaran yang jarang berlaku.
Dalam D. r. plasma tekanan tinggi adalah isoterma (lebih tepat, kuasi-isoterma, kerana, walaupun suhu semua komponen adalah sama, suhu di bahagian berlainan lajur plasma tidak sama). Bentuk D. r ini. dicirikan oleh kekuatan arus yang ketara (dari 10 hingga 10 3 A) dan suhu plasma tinggi (kira-kira 10 4 KEPADA). Suhu tertinggi di sungai D. tersebut. dicapai dengan menyejukkan arka dengan aliran cecair atau gas - saluran semasa "arka yang disejukkan" menjadi lebih nipis dan, pada nilai semasa yang sama, lebih panas. Ia adalah bentuk D. r. dipanggil arka elektrik - di bawah pengaruh aliran gas yang diarahkan secara luaran atau perolakan yang disebabkan oleh pelepasan itu sendiri, saluran semasa D. r. selekoh.
Bintik katod. Bebas D. r. Apa yang membezakan katod lebur rendah ialah pelepasan automatik terma elektron berlaku di dalamnya hanya dari kawasan kecil katod - bintik katod yang dipanggil. Saiz kecil bintik-bintik ini (kurang daripada 10 -2 cm) disebabkan oleh kesan cubitan - penguncupan saluran semasa oleh medan magnetnya sendiri. Ketumpatan arus di tempat katod bergantung kepada bahan katod dan boleh mencapai puluhan ribu a/cm 2. Oleh itu, hakisan kuat berlaku di bintik-bintik katod - jet wap bahan katod terbang keluar dari mereka pada kelajuan urutan 10 6 cm/saat. Tompok katod juga terbentuk semasa D. r. pada katod refraktori, jika tekanan gas kerja kurang daripada lebih kurang 10 2 mmHg Seni. Pada tekanan yang lebih tinggi, pelepasan medan haba D. r. dengan bintik-bintik katod yang bergerak secara huru-hara di sepanjang katod, ia berubah menjadi sinaran termionik. tanpa tempat katod.
Aplikasi D. r. D. r. digunakan secara meluas dalam relau arka (Lihat Relau Arka) untuk peleburan logam, dalam sumber cahaya pelepasan gas (Lihat), dalam kimpalan elektrik (Lihat Kimpalan elektrik), dan berfungsi sebagai sumber plasma dalam Plasmatron. Pelbagai bentuk D. r. berlaku dalam penukar arus elektrik yang diisi gas dan vakum (penerus arus merkuri (Lihat Penerus Arus), suis elektrik gas dan vakum (Lihat Suis Elektrik), dsb.). D. r. dengan pemanasan buatan katod digunakan dalam lampu pendarfluor (Lihat lampu Pendarfluor), Gazotron ah, Thyratron ah, sumber ion dan sumber pancaran elektron.
Lit.: Arus elektrik dalam gas. Arus mantap, M., 1971; Kesaev I.G., Proses katod arka elektrik, M., 1968; Finkelnburg V., Mecker G., Arka elektrik dan plasma terma, trans. dari German, M., 1961; Engel A., Gas terion, trans. daripada English, M., 1959; Kaptsov N. A., Fenomena elektrik dalam gas dan vakum, M.-L., 1947.
A.K. Musin.
Ensiklopedia Soviet yang Hebat. - M.: Ensiklopedia Soviet. 1969-1978 .
pelepasan arka- pelepasan arka; industri pelepasan arka; arka voltan Nyahcas elektrik di mana medan elektrik dalam jurang nyahcas ditentukan terutamanya oleh magnitud dan lokasi cas ruang di dalamnya, dicirikan oleh katod kecil ... ... Kamus penerangan istilah politeknik
Nyahcas elektrik dalam gas, dicirikan oleh ketumpatan arus yang tinggi dan potensi penurunan kecil berhampiran katod. Disokong oleh pelepasan termionik atau pelepasan medan dari katod. Suhu gas dalam saluran nyahcas arka pada... ... Kamus Ensiklopedia Besar
LEPASAN ARKA- salah satu jenis nyahcas elektrik bebas dalam gas, dicirikan oleh ketumpatan arus tinggi. Gas terion yang dipanaskan pada suhu tinggi dalam lajur antara elektrod yang digunakan voltan elektrik adalah dalam... ... Ensiklopedia Politeknik Besar
pelepasan arka- lankinis išlydis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. pelepasan arka; arka elektrik dalam gas vok. Bogenentladung, f rus. pelepasan arka, m; nyahcas arka dalam gas, m pranc. decharge d'arc, f; decharge en regime d'arc, f; decharge par arc, f … Fizikos terminų žodynas
Pelepasan elektrik dalam gas, terbakar pada hampir mana-mana tekanan gas melebihi 10 2 10 3 mm Hg. Seni.; dicirikan oleh ketumpatan arus yang tinggi pada katod dan potensi penurunan kecil. Pertama kali diperhatikan pada tahun 1802 oleh V.V. Petrov di udara... ... Kamus ensiklopedia
Arka elektrik di udara Arka elektrik adalah fenomena fizikal, salah satu jenis nyahcas elektrik dalam gas. Sinonim: Arka voltan, Nyahcas arka. Ia pertama kali diterangkan pada tahun 1802 oleh saintis Rusia V.V. Petrov. Arka elektrik ialah... ... Wikipedia
pelepasan arka- lankinis išlydis statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. pelepasan arka vok. Bogenentladung, f; Lichtbogenentladung, f rus. nyahcas arka, m pranc. decharge d arka, f; lepaskan en arc, f … Automatik terminų žodynas
pelepasan arka- lankinis išlydis statusas T sritis chemija apibrėžtis Savaiminio elektros išlydžio dujose rūšis. atitikmenys: engl. rus pelepasan arka. pelepasan arka... Chemijos terminų aiškinamasi žodynas
Arka elektrik terbentuk pada ketumpatan arus nyahcas yang tinggi dan dengan penurunan potensi katod hanya dua hingga tiga puluh volt. Di bawah keadaan biasa, nyahcas arka dikekalkan oleh pelepasan elektron dari permukaan katod yang dipanaskan oleh kesan ion (ini telah ditubuhkan pada tahun 1905 oleh Ahli Akademik V.F. Mitkevich). Bersama-sama dengan pelepasan termionik, kekonduksian elektrik arka disebabkan oleh suhu tinggi dikekalkan oleh pengionan haba.
nasi. 169. Nyahcas arka pada tekanan berkurangan.
nasi. 170. Arka pada tekanan normal.
Dalam banyak aspek lain, nyahcas arka mempunyai banyak persamaan dengan nyahcas cahaya, terutamanya jika arka dipukul pada tekanan yang agak rendah (dan, seperti biasa untuk arka, pada ketumpatan arus yang tinggi). Penampilan arka pada tekanan rendah ditunjukkan dalam Rajah. 169, Pada tekanan tinggi, lajur positif arka mempunyai rupa kord yang lebih nipis dan bercahaya terang. Dalam Rajah. 170 menunjukkan pandangan ciri arka dan zon nyahcas pada tekanan normal.
Dalam kes arka, nyahcas pada katod tertumpu di tempat kecil katod terang. Pada tekanan atmosfera, ketumpatan arus nyahcas di tempat katod untuk katod karbon adalah sama dengan
untuk katod besi, untuk arka dengan elektrod merkuri Apabila arka terbakar, katod karbon menjadi lebih tajam, dan pada anod, sebaliknya, lekukan terbentuk - kawah arka positif. Dalam zon cahaya positif, suhu gas untuk arka pada tekanan atmosfera mencapai 6000° K. Bagi arka pada tekanan puluhan dan ratusan atmosfera, suhu gas dalam lajur arka positif tertanggal mencapai 10,000°. Suhu kawah positif dan titik katod jauh lebih rendah. Oleh itu, pada tekanan atmosfera, suhu permukaan anod yang dipanaskan untuk anod karbon dan tungsten adalah kira-kira 4200° K, dan suhu tempat katod ialah 2000-3000°. Fakta bahawa katod mempunyai suhu yang lebih rendah daripada anod dijelaskan, pertama, oleh fakta bahawa anod dibombardir terutamanya oleh elektron, katod oleh ion, yang mempunyai laluan bebas yang lebih kecil dan, oleh itu, tenaga yang lebih rendah, dan, kedua. , oleh fakta bahawa bahagian Tenaga yang dihantar ke katod semasa nyahcas dibelanjakan untuk pelepasan termionik.
nasi. 171. Ciri-ciri voltan arus arka pada pelbagai jarak antara elektrod.
Apabila arus meningkat, kekonduksian elektrik arka meningkat dengan banyak, apabila pelepasan termionik dan pengionan haba meningkat. Rintangan antara arang arka berkurangan dengan peningkatan arus kira-kira mengikut undang-undang. Untuk arka antara elektrod logam, eksponen dalam sebutan kedua adalah berbeza daripada 2 dan tidak sama untuk logam yang berbeza.
Pengaruh caj ruang dalam arka ditunjukkan dalam penampilan daya gerak elektrik terbalik yang ketara (kira-kira 10 V), yang mesti diatasi oleh voltan yang digunakan pada elektrod:
Akibatnya, apabila arus meningkat, beza keupayaan merentas elektrod berkurangan; jadi, untuk lengkok antara arang batu
Hasilnya ialah ciri ciri volt-ampere yang jatuh bagi suatu arka (Rajah 171). Apabila arus meningkat kepada tertentu
Apabila nilai kritikal dicapai, beza potensi merentas elektrod menurun dengan mendadak, kira-kira 10 V, dan pembakaran arka menjadi gelisah (arka mula mendesis). Semakin jauh jarak antara elektrod, semakin besar voltan yang digunakan pada elektrod arka sepatutnya, dan semakin tinggi ciri voltan arus terletak.
Jika, disebabkan oleh penyejukan tidak sengaja jurang pelepasan gas, arus dalam arka jatuh, maka, seperti yang jelas dari yang di atas, voltan pada elektrod mesti ditingkatkan, jika tidak arka padam (dengan merapatkan elektrod bersama-sama , anda boleh, sudah tentu, mengekalkan arka sehingga katod telah sejuk). Untuk memastikan pembakaran arka yang stabil, rintangan rheostat ("rintangan senyap") dimasukkan ke dalam litar luaran secara bersiri dengan arka. Dengan penurunan rawak dalam arus dalam arka, penurunan voltan merentasi rintangan redaman juga berkurangan, dan oleh itu, jika voltan yang dibekalkan kekal malar, bahagian yang jatuh pada arka meningkat dengan sewajarnya.
nasi. 172. Lampu arka merkuri.
nasi. 173. Lampu SVD,
Arka elektrik mempunyai pelbagai kegunaan. Penggunaannya untuk kimpalan elektrik diterangkan dalam § 27. Apabila menggunakan arka untuk pencahayaan, arang batu dibuat dengan saluran yang digerudi sepanjang paksi dan diisi dalam bentuk sumbu dengan garam logam, wap yang meningkatkan output cahaya nyalaan arka (arang sumbu). Serupa, yang dipanggil arka api memakan kira-kira setiap lilin dan bukannya seperti arka biasa dengan arang bersih. Apabila menggunakan arka dalam lampu sorot, arus beratus-ratus ampere digunakan; cahaya arka yang terhasil daripada ratusan ribu lilin ditumpukan oleh sorotan kepada berbilion lilin.
Lampu arka merkuri dengan elektrod merkuri dalam silinder kuarza tersebar luas - "matahari gunung buatan" (Rajah 172). Untuk menyalakan lampu sedemikian, ia dicondongkan; aliran merkuri menghubungkan elektrod, dan apabila lampu dihidupkan ke kedudukan menegak, arka terbentuk pada titik di mana aliran pecah.
Pada masa ini, nyahcas arka digunakan secara meluas dalam lampu tekanan "ultra-tinggi" (lampu SVD). Lampu ini ialah kelalang kuarza sfera berdinding tebal dengan elektrod tungsten yang dipateri ke dalamnya (Rajah 173). Lampu dinyalakan daripada sumber voltan tinggi menggunakan elektrod ketiga. Pelepasan arka dilakukan dalam wap merkuri pada tekanan kira-kira 100 atmosfera, atau lampu diisi dengan gas lengai (neon, argon, krypton, xenon) pada tekanan kira-kira 20 atmosfera.
Relau arka elektrik, di mana pemanasan oleh nyahcas arka digabungkan dengan pemanasan oleh arus pengaliran, digunakan secara meluas dalam industri kimia. Relau ini digunakan untuk mencairkan bahan bertindak balas
dan pada masa yang sama untuk menjalankan tindak balas pada suhu tinggi. Ini adalah bagaimana, sebagai contoh, berjuta-juta tan kalsium karbida diperoleh daripada kapur dan kok. (Apabila kalsium karbida terdedah kepada air, asetilena terbentuk, yang digunakan untuk kimpalan autogenous, untuk sintesis sebatian organik, untuk pemprosesan menjadi kalsium sianida, yang berfungsi sebagai baja, dll.) Dalam industri kimia, arka adalah juga digunakan untuk menjalankan beberapa tindak balas; sebagai contoh, kaedah telah dibangunkan dan digunakan untuk menghasilkan nitrogen oksida daripada udara (mengikut persamaan, diikuti dengan pengoksidaan untuk menghasilkan asid nitrik. Terdapat kaedah untuk merawat petrol dalam pelepasan gas untuk meningkatkan sifat mudah terbakarnya. Dalam campuran gas hidrogen dan nitrogen, nyahcas (terutamanya cahaya) membawa kepada pembentukan ammonia. Nyahcas senyap digunakan untuk menghasilkan ozon daripada oksigen, dsb.
Dalam kejuruteraan elektrik, nyahcas arka digunakan dalam peranti yang digunakan untuk membetulkan arus, contohnya, dalam penerus merkuri.
PENGENALAN.
Sifat nyahcas arka.
1. Pembentukan arka.
2. Bintik katod. Penampilan dan bahagian individu
pelepasan arka.
3. Taburan potensi dan voltan arus
ciri pelepasan arka.
4. Suhu dan sinaran bahagian individu nyahcas arka.
5. Penjanaan ayunan berterusan menggunakan elektrik
lengkok trik.
6. Nyahcas arka positif pada tinggi
dan tekanan ultra tinggi.
III. Penggunaan pelepasan arka.
1. Kaedah moden pemprosesan elektrik.
2. Kimpalan arka elektrik.
3. Teknologi plasma.
4. Kimpalan plasma.
IV. Kesimpulan.
Pelepasan arka dalam bentuk arka elektrik (atau volta) pertama kali ditemui pada tahun 1802 oleh saintis Rusia, profesor fizik di Akademi Perubatan-Pembedahan Tentera di St. Petersburg, dan kemudian ahli akademik St. Petersburg. Akademi Sains Vasily Vladimirovich Petrov. Dalam salah satu buku yang diterbitkannya, Petrov menerangkan pemerhatian pertamanya terhadap arka elektrik dengan kata-kata berikut:
“Jika dua atau tiga arang diletakkan di atas jubin kaca atau di atas bangku berkaki kaca... dan jika pemandu berpenebat logam... dikomunikasikan dengan kedua-dua tiang bateri yang besar dirapatkan antara satu sama lain pada jarak satu hingga tiga garisan, kemudian di antaranya muncul cahaya putih yang sangat terang atau nyala api, dari mana bara ini menyala lebih cepat atau lebih perlahan dan dari mana kedamaian gelap dapat diterangi dengan jelas...”
Laluan ke arka elektrik bermula pada zaman dahulu. Malah Thales of Miletus Yunani, yang hidup pada abad keenam SM, mengetahui sifat ambar untuk menarik objek ringan seperti bulu, jerami, rambut apabila digosok, dan juga mencipta kilauan. Sehingga abad ketujuh belas, ini adalah satu-satunya cara untuk membekalkan badan, yang tidak mempunyai aplikasi praktikal. Para saintis sedang mencari penjelasan untuk fenomena ini.
Ahli fizik Inggeris William Gilbert (1544-1603) mendapati bahawa badan lain (contohnya, kristal batu, kaca), seperti ambar, mempunyai sifat menarik objek cahaya selepas digosok. Dia memanggil sifat-sifat ini elektrik, memperkenalkan istilah ini untuk digunakan buat kali pertama (dalam bahasa Yunani, ambar ialah elektron).
Burgomaster Magdeburg, Otto von Guericke (1602-1686), mereka bentuk salah satu mesin elektrik pertama. Ia adalah mesin elektrostatik, iaitu bola sulfur yang dipasang pada paksi. Salah satu tiang itu ialah... pencipta itu sendiri. Apabila pemegangnya diputar, percikan api kebiruan terbang keluar dari tapak tangan burgomaster yang berpuas hati dengan bunyi berderak sedikit. Kemudian, mesin Guericke telah diperbaiki oleh pencipta lain. Bola sulfur digantikan dengan kaca, dan bukannya tapak tangan penyelidik, pad kulit digunakan sebagai salah satu tiang.
Sangat penting ialah ciptaan pada abad kelapan belas kapasitor balang Leyden, yang memungkinkan untuk menyimpan elektrik. Ia adalah bekas kaca yang diisi dengan air, dibalut dengan kerajang. Batang logam yang melalui penyumbat direndam dalam air.
Saintis Amerika Benjamin Franklin (1706-1790) membuktikan bahawa air tidak memainkan sebarang peranan dalam pengumpulan cas elektrik; kaca dielektrik mempunyai sifat ini.
Mesin elektrostatik telah menjadi agak meluas, tetapi hanya sebagai gizmos yang menyeronokkan. Walau bagaimanapun, terdapat percubaan untuk merawat pesakit dengan elektrik, tetapi sukar untuk mengatakan apakah kesan fisioterapeutik rawatan tersebut.
Ahli fizik Perancis Charles Coulomb (1736-1806), pengasas elektrostatik, ditubuhkan pada 1785 bahawa daya interaksi antara cas elektrik adalah berkadar dengan magnitud dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara mereka.
Pada tahun empat puluhan abad kelapan belas, Benjamin Franklin mengemukakan teori bahawa hanya terdapat satu jenis elektrik - bahan elektrik khas yang terdiri daripada zarah-zarah kecil yang mampu menembusi ke dalam jirim. Jika badan mempunyai lebihan bahan elektrik, ia dicas positif; jika terdapat kekurangan, badan bercas negatif. Franklin memperkenalkan tanda tambah dan tolak ke dalam amalan, serta istilah: kapasitor, konduktor, cas.
Teori asal tentang sifat elektrik dibuat oleh M. V. Lomonosov (1711-1765), Leonhard Euler (1707-1783), Franz Apinus (1724-1802) dan saintis lain. Menjelang akhir abad kelapan belas, sifat dan tingkah laku cas pegun telah dikaji dengan secukupnya dan sedikit sebanyak dijelaskan. Walau bagaimanapun, tiada apa yang diketahui tentang caj yang bergerak arus elektrik, kerana tiada peranti yang boleh membuat sejumlah besar cas bergerak. Arus yang diterima daripada mesin elektrostatik adalah terlalu kecil untuk diukur.
1. Jika anda meningkatkan arus dalam pelepasan cahaya, mengurangkan rintangan luaran, kemudian pada arus tinggi, voltan pada terminal tiub mula jatuh, pelepasan cepat berkembang dan berubah menjadi arka. Dalam kebanyakan kes, peralihan berlaku secara tiba-tiba dan hampir selalunya membawa kepada litar pintas. Dengan memilih rintangan litar luaran, adalah mungkin untuk menstabilkan bentuk peralihan nyahcas dan memerhati, pada tekanan tertentu, peralihan berterusan nyahcas cahaya ke dalam arka. Selari dengan penurunan voltan antara elektrod tiub, terdapat peningkatan dalam suhu katod dan penurunan beransur-ansur dalam penurunan katod.
Penggunaan kaedah biasa untuk menyalakan arka dengan mengalihkan elektrod adalah disebabkan oleh fakta bahawa arka terbakar pada voltan yang agak rendah iaitu berpuluh-puluh volt, manakala untuk menyalakan nyahcas cahaya voltan dalam urutan berpuluh-puluh kilovolt diperlukan. pada tekanan atmosfera. Proses pencucuhan apabila mengalihkan elektrod dijelaskan oleh pemanasan tempatan elektrod disebabkan oleh pembentukan sentuhan yang lemah di antara mereka pada masa litar terputus.
Persoalan pembangunan arka apabila litar terputus secara teknikalnya penting bukan sahaja dari sudut mendapatkan arka "berguna", tetapi juga dari sudut pandangan memerangi arka "berbahaya", contohnya, dengan pembentukan arka apabila suis dibuka. Biarkan L ialah kearuhan kendiri litar, W ialah rintangannya, ع ialah e.m.f. sumber arus, U(I) ialah fungsi ciri voltan arus arka. Maka kita mesti mempunyai: ع= L dI/dt+WI+U(I) (1) atau
LdI/dt=(ع-WI)-U(I)=∆ (2).
Perbezaan (ع - WI) adalah tidak lebih daripada ordinat bagi rintangan langsung AB (Rajah 1), dan U(I) ialah ordinat bagi ciri lengkok untuk I tertentu. Supaya dI/dt adalah negatif, i.e. Supaya arus I pasti berkurangan dari semasa ke semasa dan arka berterusan tidak terbentuk di antara elektrod suis, adalah perlu
Rajah 1. Kedudukan relatif garisan rintangan dan lengkung ciri voltan arus bagi arka mantap untuk kes: a) apabila arka tidak boleh berlaku apabila litar terputus; b) apabila lengkok berlaku semasa rehat dalam julat semasa yang sepadan dengan titik P dan Q.
∆ع-WI berlaku.
Untuk melakukan ini, ciri dengan semua titiknya mesti terletak di atas garis rintangan (Rajah 1, a). Kesimpulan mudah ini tidak mengambil kira kapasitansi dalam litar dan hanya digunakan untuk arus terus.
Titik persilangan garis rintangan dengan lengkung ciri voltan arus bagi arka mantap sepadan dengan had terendah kekuatan arus terus di mana arka boleh berlaku apabila litar terputus (Rajah 1, b). Dalam kes suis membuka arka arus ulang-alik yang padam dengan setiap peralihan voltan melalui sifar, adalah penting bahawa keadaan yang ada dalam jurang nyahcas semasa pembukaan tidak membenarkan arka menyala semula dengan peningkatan voltan yang seterusnya. daripada sumber semasa. Ini memerlukan bahawa apabila voltan meningkat, jurang nyahcas dinyahionkan secukupnya. Dalam suis arus ulang-alik yang kuat, penyahionan dipertingkatkan secara buatan dicapai dengan memperkenalkan elektrod khas yang menyedut zarah gas bercas akibat resapan bipolar, serta dengan menggunakan tiupan mekanikal atau dengan mendedahkan nyahcas kepada medan magnet. Pada voltan tinggi, suis minyak digunakan.
2. Titik katod, pegun pada katod karbon, pada permukaan merkuri cecair berada dalam pergerakan pantas yang berterusan. Kedudukan tempat katod pada permukaan merkuri cecair boleh dibetulkan menggunakan pin logam yang direndam dalam merkuri dan menonjol sedikit daripadanya.
Dalam kes jarak yang kecil antara anod dan katod, sinaran haba anod sangat mempengaruhi sifat tempat katod. Pada jarak anod yang cukup besar dari katod karbon, dimensi titik katod cenderung kepada beberapa nilai had yang tetap, dan kawasan yang diduduki oleh titik katod pada elektrod karbon di udara adalah berkadar dengan kekuatan semasa dan sepadan dengan tekanan atmosfera 470 A/cm² Untuk arka merkuri 4000 a/cm² ditemui dalam vakum.
Apabila tekanan berkurangan, kawasan yang diduduki oleh titik katod pada katod karbon pada arus malar meningkat.
Ketajaman sempadan bintik katod yang boleh dilihat dijelaskan oleh fakta bahawa penurunan suhu yang agak perlahan dengan jarak dari pusat bintik sepadan dengan penurunan pesat dalam kedua-dua sinaran cahaya dan pelepasan termion, dan ini bersamaan dengan tajam " sempadan optik" dan "elektrik" tempat itu.
Apabila arka terbakar di udara, katod karbon menjadi tajam, manakala pada anod karbon, jika pelepasan tidak meliputi keseluruhan kawasan hadapan anod, lekukan bulat terbentuk - kawah arka positif.
Pembentukan titik katod dijelaskan seperti berikut. Pengagihan cas ruang dalam lapisan nipis berhampiran katod adalah sedemikian rupa sehingga nyahcas memerlukan lebih kecil keratan rentas saluran nyahcas untuk mengekalkannya, lebih kecil beza keupayaan. Oleh itu, pelepasan di katod mesti mengecut.
Bersebelahan langsung dengan tempat katod adalah sebahagian daripada nyahcas yang dipanggil berus katod negatif atau nyalaan negatif. Panjang berus katod dalam arka pada tekanan rendah ditentukan oleh jarak di mana elektron primer cepat terbang, setelah menerima halajunya di kawasan penurunan potensi katod.
Di antara berus negatif dan lajur positif terdapat kawasan yang serupa dengan ruang gelap Faraday bagi pelepasan cahaya. Dalam arka Petrov di udara, sebagai tambahan kepada berus negatif, terdapat nyalaan positif dan beberapa halo. Analisis spektrum menunjukkan kehadiran beberapa sebatian kimia (sianin dan nitrogen oksida) dalam nyalaan dan halo ini.
Bentuk terputus-putus (walaupun semasa menggunakan sumber arus terus). Ia biasanya berlaku dalam gas pada tekanan mengikut susunan tekanan atmosfera. Di bawah keadaan semula jadi, pelepasan percikan diperhatikan dalam bentuk kilat. Dari segi rupa, nyahcas percikan adalah sekumpulan jalur nipis bercabang zigzag terang yang serta-merta menembusi jurang pelepasan, cepat padam dan sentiasa...