På grunn av den høye temperaturen avgir lysbueelektrodene blendende lys, og derfor er lysbuen en av de beste lyskildene. Den bruker bare ca. 0,3 watt per stearinlys og er betydelig mer økonomisk. Enn de beste glødelampene. Den elektriske lysbuen ble først brukt til belysning av P. N. Yablochkov i 1875 og ble kalt "russisk lys", eller "nordlys".
Den elektriske lysbuen brukes også til sveising av metalldeler (elektrisk lysbuesveising). For tiden er den elektriske lysbuen veldig mye brukt i industrielle elektriske ovner. I global industri smeltes omtrent 90 % av verktøystål og nesten alt spesialstål i elektriske ovner.
Av stor interesse er en kvikksølvbue som brenner i et kvartsrør, den såkalte kvartslampen. I denne lampen skjer lysbueutladningen ikke i luften, men i en atmosfære av kvikksølvdamp, for hvilken en liten mengde kvikksølv blir introdusert i lampen, og luften pumpes ut. Kvikksølvbuelys er ekstremt rikt på usynlige ultrafiolette stråler, som har sterke kjemiske og fysiologiske effekter. Kvikksølvlamper er mye brukt i behandling av ulike sykdommer ("kunstig fjellsol"), samt i vitenskapelig forskning som en sterk kilde til ultrafiolette stråler.
Glødeutslipp. I tillegg til gnisten, koronaen og buen, er det en annen form for uavhengig utladning i gasser - den såkalte glødeutladningen. For å oppnå denne typen utladning er det praktisk å bruke et glassrør som er omtrent en halv meter langt, som inneholder to metallelektroder. La oss koble elektrodene til en likestrømskilde med en spenning på flere tusen volt (en elektrisk maskin vil gjøre det) og gradvis pumpe ut luften fra røret. Ved atmosfærisk trykk forblir gassen inne i røret mørk fordi den påførte spenningen på flere tusen volt ikke er nok til å trenge gjennom det lange gassgapet. Men når gasstrykket synker tilstrekkelig, blinker en lysende utladning i røret. Det ser ut som en tynn ledning (rød i luft, andre farger i andre gasser) som forbinder begge elektrodene. I denne tilstanden leder gasskolonnen elektrisitet godt.
Med ytterligere evakuering blir den lysende ledningen uskarp og utvider seg, og gløden fyller nesten hele røret. Følgende to deler av utladningen skilles: 1) den ikke-lysende delen ved siden av katoden, kalt det mørke katoderommet; 2) en lysende gasskolonne som fyller resten av røret, helt opp til anoden. Denne delen av utslippet kalles den positive kolonnen.
Og slik fungerer det. Under en glødeutladning leder gass elektrisitet godt, noe som gjør at sterk ionisering opprettholdes i gassen hele tiden. I dette tilfellet, i motsetning til en lysbueutladning, forblir katoden kald hele tiden. Hvorfor skjer dannelsen av ioner i dette tilfellet?
Fallet i potensial eller spenning for hver centimeter av lengden på gasskolonnen i en glødeutladning er svært forskjellig i ulike deler av utladningen. Det viser seg at nesten hele potensialfallet skjer i mørke rom. Potensialforskjellen som eksisterer mellom katoden og romgrensen nærmest den kalles katodepotensialfallet. Det måles i hundrevis, og i noen tilfeller tusenvis av volt. Hele utladningen ser ut til å eksistere på grunn av dette katodefallet.
Betydningen av katodefallet er at positive ioner, som løper gjennom denne store potensialforskjellen, oppnår større hastighet. Siden katodeforekomsten er konsentrert i et tynt lag av gass, forekommer nesten ingen kollisjoner av ioner med gassatomer her, og derfor får ionene svært høy kinetisk energi når de passerer gjennom katodeinnfallsområdet. Som et resultat, når de kolliderer med katoden, slår de ut et visst antall elektroner fra den, som begynner å bevege seg mot anoden. Når elektroner passerer gjennom mørke rom, blir elektroner akselerert av katodepotensialfallet, og når de kolliderer med gassatomer i en mer fjerntliggende del av utladningen, produserer de støtionisering. De positive ionene som oppstår i dette tilfellet blir igjen akselerert av katodefallet og slår ut nye elektroner fra katoden osv. Dermed gjentas alt så lenge det er spenning på elektrodene.
Dette betyr at vi ser at årsakene til gass-ionisering i en glødeutladning er støt-ionisering og å slå ut elektroner fra katoden av positive ioner.
Denne utladningen brukes hovedsakelig til belysning. Brukes i lysrør.
D O C L A D
om emnet: "TYPER AV UTSLØP OG ANVENDELSE AV DERES"
Fullført av: Shutov E.Yu.
10 A klasse
Jeg sjekket.
Hvis motstanden til kretsen gradvis reduseres etter å ha antent gnistutladningen, vil strømstyrken i gnisten øke. Når kretsmotstanden blir lav nok, oppstår en ny form for gassutladning, kalt lysbueutladning (se vedlegg 1.5). I dette tilfellet øker strømmen kraftig, når titalls og hundrevis av ampere, og spenningen over utladningsgapet synker til flere titalls volt. Dette viser at det oppstår nye prosesser i utslippet som gir en meget høy ledningsevne til gassen.
En lysbueutladning kan oppnås fra en lavspenningskilde, som omgår gnisttrinnet. Professor i fysikk ved St. Petersburg Medical-Surgical Academy V.V Petrov, som oppdaget denne viktige formen for gassutladning i 1802, produserte en elektrisk lysbue ved å skyve to kullstykker fra hverandre, tidligere brakt i kontakt og koblet til et kraftig batteri av galvanisk. celler. Han oppdaget at i dette tilfellet dukket det opp en sterkt glødende gasskolonne mellom kullene, og kullene selv ble oppvarmet til en blendende glød.
For tiden produseres en elektrisk lysbue som brenner ved atmosfærisk trykk oftest mellom spesielle karbonelektroder laget ved å presse pulverisert grafitt og bindemidler (buekarbon). Det varmeste punktet i buen er fordypningen som dannes på den positive elektroden og kalles "buekrateret". Dens temperatur ved atmosfærisk trykk er omtrent 4000 K, og ved et trykk på 20 atm overstiger den 7000 K, dvs. høyere enn temperaturen på den ytre overflaten av solen (ca. 6000 K).
Hva er hovedårsaken til den høye elektriske ledningsevnen til gass i en lysbueutladning? Det er fastslått at god elektrisk ledningsevne til lysbuen opprettholdes på grunn av den høye temperaturen til den negative elektroden på grunn av intens termionisk emisjon. Dette bekreftes godt av det faktum at i mange tilfeller kan en stabil lysbue kun oppnås hvis katoden har høy temperatur, mens temperaturen på anoden ikke er av vesentlig betydning. Så, for eksempel, hvis en av lysbueelektrodene er laget av en karbonstang, og den andre er en massiv, godt avkjølt kobberplate, og karbonstangen flyttes nær platen (slik at den ikke kan varmes opp), så en stabil bue oppstår bare ved en negativ vinkel. Hvis platen fungerer som negativ pol, lyser lysbuen med jevne mellomrom og går ut igjen, og det er umulig å oppnå stabil forbrenning. En lysbueutladning oppstår i alle tilfeller når termionisk utslipp på grunn av oppvarming av katoden blir hovedårsaken til gassionisering. For eksempel, i en glødeutladning, forårsaker positive ioner som bombarderer katoden ikke bare sekundær elektronemisjon, men oppvarmer også katoden. Derfor, hvis du øker strømmen i en glødeutladning, øker temperaturen på katoden, og når den når en slik verdi at merkbar termionisk utslipp begynner, blir glødeutladningen til en bue. I dette tilfellet forsvinner også katodepotensialfallet.
Sammen med de termioniske buene diskutert ovenfor, observeres også lysbueutladninger ved en relativt lav katodetemperatur (for eksempel i en kvikksølvbuelampe).
Den elektriske lysbuen ble først brukt til belysning i 1875 av den russiske ingeniør-oppfinneren P.N. Yablochkin (1847-1894) og fikk navnet "russisk lys" eller "nordlys". I "Yablochkov-stearinlyset" ble kullene arrangert parallelt og atskilt med et buet lag, og endene deres var forbundet med en ledende "tennbro". Da strømmen ble slått på, brant tennbroen ut og det dannet seg en lysbue mellom kullene. Da kullene brant, fordampet det isolerende laget.
Tallrike studier av elektriske lysbuer med kalde elektroder viser at kilden til kraftig elektronemisjon fra katoden er en liten, sterkt glødende og kontinuerlig bevegelig flekk på katoden, som alltid opptrer i slike buer (katodeflekk). Strømtettheten i katodepunktet er enorm og kan nå 10 10 -10 11 A/m 2. Årsaken til dannelsen av en katodeflekk er en sterk økning i konsentrasjonen av positive ioner ved katoden, som skaper et veldig sterkt lokalt elektrisk felt, som forårsaker kraftig feltemisjon. Derfor kalles elektriske lysbuer med kalde katoder noen ganger feltelektroniske lysbuer. En katodeflekk kan oppstå ikke bare ved overflaten av kvikksølv, men også ved enhver solid metallelektrode.
På grunn av den høye temperaturen avgir lysbueelektrodene et blendende lys (gløden i lysbuesøylen er svakere, siden emissiviteten til gassen er liten), og derfor er den elektriske lysbuen en av de beste lyskildene. Elektrisk lysbue er mye brukt i projeksjon, flomlys og andre installasjoner. Den spesifikke kraften som forbrukes av den er mindre enn for glødelamper. Den bruker bare ca. 3 watt per candela og er betydelig mer økonomisk enn de beste glødelampene.
Høytrykksbuelamper brukes også som lyskilder. Av stor interesse er en kvikksølvbue som brenner i et kvartsrør, den såkalte kvartslampen. I denne lampen skjer lysbueutladningen ikke i luft, men i en atmosfære av kvikksølvdamp, for hvilken en liten mengde kvikksølv blir introdusert i lampen, og luften pumpes ut. Kvikksølvbuelys er ekstremt rikt på ultrafiolette stråler, som har sterke kjemiske og fysiologiske effekter. For å kunne bruke denne strålingen er lampen ikke laget av glass, som sterkt absorberer UV-stråler, men av smeltet kvarts. Kvikksølvlamper er mye brukt i behandling av ulike sykdommer, så vel som i vitenskapelig forskning som en sterk kilde til ultrafiolett stråling.
I 1882 brukte N. N. Benardos først en lysbueutladning for skjæring og sveising av metall. En utladning mellom en stasjonær karbonelektrode og metallet varmer opp krysset mellom to metallplater (eller plater) og sveiser dem. Benardos brukte samme metode for å kutte metallplater og lage hull i dem. I 1888 forbedret N. G. Slavyanov denne sveisemetoden, og erstattet karbonelektroden med en metall. Den høye temperaturen på lysbueutslippet gjør det mulig å bruke den til konstruksjon av en lysbueovn. For tiden brukes lysbueovner, drevet av en svært høy strøm, i en rekke industrier: for smelting av stål, støpejern, ferrolegeringer, bronse, for produksjon av kalsiumkarbid, nitrogenoksid, etc.
Den lysende strømkanalen til denne utladningen ble buet, noe som ga opphav til navnet D. r.
Dannelse av D. r. innledet av en kort ikke-stasjonær prosess i rommet mellom elektrodene - utladningsgapet. Varigheten av denne prosessen (tidspunktet for etablering av D. r.) er vanligvis bueutladning 10 -6 -10 -4 sek avhengig av trykket og typen gass, lengden på utladningsgapet, tilstanden til elektrodeoverflatene osv. D. r. oppnås ved å ionisere gass i utladningsgapet (for eksempel ved å bruke en hjelpe, såkalt tennelektrode). I andre tilfeller, for å få D. r. varme opp en eller begge elektrodene til en høy temperatur eller flytt elektrodene lukket i kort tid fra hverandre. D. r. kan også oppstå som følge av sammenbrudd av det elektriske (Se elektrisk sammenbrudd) utladningsgapet under en kortvarig kraftig økning i spenningen mellom elektrodene. Hvis sammenbruddet skjer ved et gasstrykk nær atmosfærisk, er den ikke-stasjonære prosessen som går foran sammenbruddet en gnistutladning.
Typiske parametere for D. r. For D. r. preget av et ekstraordinært utvalg av former det tar: det kan forekomme ved nesten alle gasstrykk - fra mindre enn 10 -5 mmHg Kunst. opptil hundrevis atm; potensialforskjell mellom elektrodene D. r. kan ta verdier fra flere volt til flere tusen volt (høyspent D. r.). D. r. kan forekomme ikke bare ved konstant, men også ved vekselspenning mellom elektrodene. Imidlertid er halvsyklusen til en vekselspenning vanligvis mye lengre enn tiden det tar å etablere spenningen, noe som gjør det mulig å betrakte hver elektrode som en katode i løpet av en halvsyklus, og som en anode i den neste halvsyklusen. syklus. De særegne trekkene til alle former for D. r. (nært knyttet til arten av emisjonen av elektroner fra katoden i denne typen utladninger) er den lille verdien av katodefallet (Se Katodefall) og den høye strømtettheten ved katoden. Katodefall i D. r. vanligvis i størrelsesorden ioniseringspotensialet (se ioniseringspotensialet) til arbeidsgassen eller enda lavere (1-10 V); Strømtettheten ved katoden er 10 2 -10 7 a/cm 2. Med en så høy strømtetthet vil strømstyrken i D. r. vanligvis også stor - ca 1-10 en og høyere, og i noen former for D. r. når mange hundre og tusenvis av ampere. Imidlertid er det også D. r. med lav strømintensitet (for eksempel kan en D. R. med en kvikksølvkatode brenne ved strømmer på 0,1 en og nedenfor).
Elektronisk emisjon i D. rub. Den grunnleggende forskjellen mellom D. r. fra andre typer stasjonære elektriske utladninger i gass ligger i naturen til de elementære prosessene som skjer ved katoden og i nær-katodeområdet. Hvis det i en glødeutladning (Se Glødeutladning) og en negativ koronautladning (Se Corona-utladning) oppstår sekundær elektronemisjon, så i D. r. elektroner flyr ut av katoden i prosessene med termionisk emisjon (se termionisk emisjon) og feltemisjon (også kalt tunnelutslipp (se tunnelutslipp)). Når i D. r. Bare den første av disse prosessene skjer, den kalles termionisk. Intensiteten av termionisk emisjon bestemmes av temperaturen på katoden; derfor, for eksistensen av termionisk D. r. det er nødvendig at katoden eller dens individuelle seksjoner oppvarmes til høy temperatur. Slik oppvarming utføres ved å koble katoden til en hjelpeenergikilde (Dr. med ekstern oppvarming; D.r. med kunstig oppvarming). Termionisk D. r. Det oppstår også når katodens temperatur økes tilstrekkelig av påvirkningene av positive ioner dannet i utladningsgapet og akselerert av det elektriske feltet mot katoden. Imidlertid, oftere med D. r. Uten kunstig oppvarming er intensiteten av termionisk utslipp for lav til å opprettholde utslippet, og prosessen med feltutslipp spiller en betydelig rolle. Kombinasjonen av disse to utslippstypene kalles termisk feltutslipp.
Feltutslipp fra katoden krever eksistensen av et sterkt elektrisk felt på overflaten. Et slikt felt i D. r. skapes av en volumladning av positive ioner fjernet fra katoden i en avstand i størrelsesorden den gjennomsnittlige frie banen (se gjennomsnittlig fri bane) for disse ionene (10 -6 -10 -4 cm). Beregninger viser at feltutslipp ikke uavhengig kan støtte D. r. og er alltid, i en eller annen grad, ledsaget av termionisk emisjon. På grunn av vanskeligheten med å studere prosesser i et tynt nær-katodelag ved høye strømtettheter, kan eksperimentelle data om rollen til feltutslipp i D.R. Ikke nok er samlet ennå. Teoretisk analyse kan ennå ikke på en tilfredsstillende måte forklare alle fenomenene som er observert i forskjellige former for D. r.
Forholdet mellom egenskapene til D. r. og utslippsprosesser. Laget som det elektriske feltet oppstår i og forårsaker feltemisjon, er så tynt at det ikke skaper et stort fall i potensialforskjellen ved katoden. Men for at dette feltet skal være sterkt nok, må volumladningstettheten til ionene ved katoden, og derfor ionestrømtettheten, være høy. Termionisk emisjon kan også forekomme ved lav kinetisk energi av ioner ved katoden (dvs. ved lav katodeforekomst), men under disse forholdene krever det en høy strømtetthet - katoden varmes opp jo mer, jo større antall ioner som bombarderer den . Dermed er de særegne trekkene til D. r. (lite katodefall og høy strømtetthet) skyldes naturen til nær-katode-prosesser.
Plasma D. r. Utløpsgap D. r. fylt av plasma, bestående av elektroner, ioner, nøytrale og eksiterte atomer og molekyler av arbeidsgassen og elektrodesubstansen. Gjennomsnittlig energi til partikler av forskjellige typer i plasma D. r. kan være annerledes. Derfor, når man snakker om temperaturen til et elektron, skilles det mellom iontemperaturen, elektrontemperaturen og temperaturen til den nøytrale komponenten. Hvis disse temperaturene er like, kalles plasmaet isotermisk.
Avhengig D. r. D. r. kalles avhengig. med kunstig oppvarming av katoden, siden en slik utladning ikke kan opprettholdes ved å bruke sin egen energi: når den eksterne varmekilden er slått av, går den ut. Utladningen kan lett antennes uten hjelpetenningselektroder. Å øke spenningen til en slik D. r. først forsterker den sin strøm til en verdi som bestemmes av intensiteten av termionisk emisjon fra katoden ved en gitt glødetrådstemperatur. Deretter, opp til en viss kritisk spenning, forblir strømmen nesten konstant (den såkalte frie modusen). Når spenningen overstiger den kritiske verdien, endres arten av emisjonen fra katoden: den fotoelektriske effekten og sekundær elektronemisjon begynner å spille en betydelig rolle i den (energien til positive ioner blir tilstrekkelig til å slå elektroner ut av katoden). Dette fører til en kraftig økning i utladningsstrømmen - den går inn i en fangemodus.
Under visse forhold vil D. r. med kunstig oppvarming fortsetter å brenne jevnt når spenningen mellom elektrodene reduseres til verdier mindre enn ikke bare ioniseringspotensialet til arbeidsgassen, men også dets laveste eksitasjonspotensial. Denne formen for D. r. kalt lavspentbue. Dens eksistens skyldes utseendet nær katoden av et maksimalt potensial som overstiger potensialet til anoden og er nær det første eksitasjonspotensialet til gassen, som et resultat av at trinnvis ionisering blir mulig (se Ionisering).
Uavhengig D. r. Vedlikeholde slike D. r. utføres på grunn av energien til selve utladningen. På ildfaste katoder (wolfram, molybden, grafitt) uavhengig D. r. er rent termionisk i naturen - bombardement med positive ioner varmer katoden til en veldig høy temperatur. Stoffet i den lavtsmeltende katoden fordamper intensivt under D. r.; fordampning avkjøler katoden, og dens temperatur når ikke verdier der utslippet kan støttes av termionisk utslipp alene - sammen med det oppstår feltutslipp.
Uavhengig D. r. kan eksistere både ved ekstremt lave gasstrykk (såkalte vakuumbuer) og ved høye trykk. Plasma av uavhengig D. r. lavt trykk er preget av ikke-isotermitet: ionetemperaturen overstiger bare litt temperaturen til den nøytrale gassen i rommet som omgir utladningsområdet, mens elektrontemperaturen når titusenvis av grader, og i smale rør og ved høye strømmer - hundrevis av tusenvis. Dette forklares av det faktum at flere mobile elektroner, som mottar energi fra det elektriske feltet, ikke har tid til å overføre det til tunge partikler i sjeldne kollisjoner.
I D. r. høytrykksplasma er isotermisk (mer presist, kvasi-isotermisk, fordi selv om temperaturene til alle komponentene er like, er temperaturen i forskjellige deler av plasmakolonnen ikke den samme). Denne formen for D. r. preget av betydelig strømstyrke (fra 10 til 10 3 EN) og høy plasmatemperatur (ca. 10 4 TIL). De høyeste temperaturene i en slik D. elv. oppnås ved å avkjøle buen med en strøm av væske eller gass - strømkanalen til den "avkjølte buen" blir tynnere og varmes opp mer med samme strømverdi. Det er denne formen for D. r. kalt en elektrisk lysbue - under påvirkning av eksternt rettet eller konveksjonsgassstrømmer forårsaket av selve utladningen, strømkanalen til D. r. bøyer.
Katodeflekker. Uavhengig D. r. Det som skiller lavsmeltende katoder er at termisk autoemisjon av elektroner skjer i den bare fra små områder av katoden - de såkalte katodeflekkene. De små størrelsene på disse flekkene (mindre enn 10 -2 cm) er forårsaket av klemeffekten - sammentrekning av strømkanalen av sitt eget magnetfelt. Strømtettheten i katodeflekken avhenger av katodematerialet og kan nå titusenvis a/cm 2. Derfor oppstår intens erosjon i katodeflekkene - dampstråler av katodestoffet flyr ut fra dem med en hastighet i størrelsesorden 10 6 cm/sek. Katodeflekker dannes også under D. r. på ildfaste katoder, hvis arbeidsgasstrykket er mindre enn ca. 10 2 mmHg Kunst. Ved høyere trykk vil termisk feltutslipp D. r. med katodeflekker som beveger seg kaotisk langs katoden, forvandles den til termionisk stråling. uten katodeflekk.
Søknader av D. r. D. r. mye brukt i lysbueovner (se bueovn) for smelting av metaller, i gassutladningslyskilder (se), i elektrisk sveising (se elektrisk sveising), og fungerer som en plasmakilde i plasmatroner. Ulike former for D. r. forekomme i gassfylte og vakuumelektriske strømomformere (kvikksølvstrømlikerettere (Se Current Rectifier), gass- og vakuumelektriske brytere (Se Electric Switch), etc.). D. r. med kunstig oppvarming av katoden brukes i fluorescerende lamper (Se Fluorescerende lampe), Gazotron ah, Thyratron ah, ionekilder og kilder til elektronstråler.
Lit.: Elektrisk strøm i gass. Jevnstrøm, M., 1971; Kesaev I.G., Cathode processes of the electric arc, M., 1968; Finkelnburg V., Mecker G., Elektriske lysbuer og termisk plasma, trans. fra German, M., 1961; Engel A., Ioniserte gasser, trans. fra engelsk, M., 1959; Kaptsov N. A., Elektriske fenomener i gasser og vakuum, M.-L., 1947.
A.K. Musin.
Stor sovjetisk leksikon. - M.: Sovjetisk leksikon. 1969-1978 .
lysbueutladning- lysbueutladning; industri bueformet utladning; voltaisk bue En elektrisk utladning der det elektriske feltet i utladningsgapet hovedsakelig bestemmes av størrelsen og plasseringen av romladninger i det, preget av en liten katode ... ... Polyteknisk terminologisk forklarende ordbok
Elektrisk utladning i gasser, karakterisert ved en høy strømtetthet og et lite potensialfall nær katoden. Støttes av termionisk emisjon eller feltemisjon fra katoden. Gasstemperatur i lysbueutløpskanalen ved... ... Stor encyklopedisk ordbok
BUEUTSLØP- en av typene uavhengig elektrisk utladning i gass, preget av høy strømtetthet. Ionisert gass oppvarmet til høy temperatur i en kolonne mellom elektrodene som elektrisk spenning påføres er i... ... Big Polytechnic Encyclopedia
lysbueutladning- lankinis išlydis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. lysbue utslipp; elektrisk lysbue i gass vok. Bogenentladung, f rus. bueutladning, m; lysbueutladning i gass, m pranc. decharge d'arc, f; decharge en régime d'arc, f; decharge par arc, f … Fizikos terminų žodynas
Elektrisk utladning i gasser, brenning ved nesten ethvert gasstrykk som overstiger 10 2 10 3 mm Hg. Kunst.; karakterisert ved en høy strømtetthet ved katoden og et lite potensialfall. Først observert i 1802 av V.V. Petrov i luften... ... encyklopedisk ordbok
Elektrisk lysbue i luft Elektrisk lysbue er et fysisk fenomen, en av typene elektrisk utladning i gass. Synonymer: Voltaisk bue, bueutladning. Det ble først beskrevet i 1802 av den russiske forskeren V.V. Petrov. En elektrisk lysbue er... ... Wikipedia
lysbueutladning- lankinis išlydis statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. lysbueutladning vok. Bogenentladung, f; Lichtbogenentladung, f rus. bueutladning, m pranc. utladning d arc, f; decharge en arc, f … Automatikos terminų žodynas
lysbueutladning- lankinis išlydis statusas T sritis chemija apibrėžtis Savaiminio elektros išlydžio dujose rūšis. atitikmenys: engl. bueutslipp rus. lysbueutladning... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
En elektrisk lysbue dannes ved høy utladningsstrømtetthet og med et katodepotensialfall på bare to til tre titalls volt. Under normale forhold opprettholdes en lysbueutladning ved emisjon av elektroner fra overflaten av en katode oppvarmet av ionstøt (dette ble etablert i 1905 av akademiker V.F. Mitkevich). Sammen med termionisk emisjon opprettholdes den elektriske ledningsevnen til lysbuen på grunn av høy temperatur ved termisk ionisering.
Ris. 169. Lysbueutladning ved redusert trykk.
Ris. 170. Bue ved normalt trykk.
I mange andre henseender har en lysbueutladning mye til felles med en glødeutladning, spesielt hvis lysbuen blir truffet ved et relativt lavt trykk (og, som er typisk for en lysbue, med høy strømtetthet). Utseendet til buen ved lavt trykk er vist i fig. 169, Ved høye trykk ser den positive søylen av buen ut som en mer eller mindre tynn, sterkt glødende snor. I fig. 170 viser et karakteristisk riss av lysbuen og utløpssonen ved normalt trykk.
Når det gjelder en lysbue, er utladningen ved katoden konsentrert i et lite lyst katodepunkt. Ved atmosfærisk trykk er utladningsstrømtettheten ved katodepunktet for en karbonkatode lik
for en jernkatode, for en bue med kvikksølvelektroder Når lysbuen brenner, blir karbonkatoden skarpere, og på anoden dannes det tvert imot en fordypning - et positivt buekrater. I den positive glødesonen når gasstemperaturen for en bue ved atmosfærisk trykk 6000° K. For en lysbue ved et trykk på titalls og hundrevis av atmosfærer når gasstemperaturen i den løsrevne positive buesøylen 10 000°. Temperaturen på det positive krateret og katodeflekken er betydelig lavere. Således, ved atmosfærisk trykk, er temperaturen på den oppvarmede anodeoverflaten for en karbon- og wolframanode omtrent 4200°K, og temperaturen på katodeflekken er 2000-3000°. At katoden har lavere temperatur enn anoden forklares for det første med at anoden hovedsakelig bombarderes av elektroner, katoden av ioner, som har en mindre fri bane og følgelig lavere energi, og for det andre , ved at del Energien som leveres til katoden under utladningen brukes på termionisk emisjon.
Ris. 171. Strømspenningskarakteristikk til lysbuen ved forskjellige avstander mellom elektrodene.
Når strømmen øker, øker den elektriske ledningsevnen til lysbuen kraftig, ettersom termionisk emisjon og termisk ionisering øker. Motstanden mellom lysbuekullene avtar med økende strøm omtrent i henhold til loven For en lysbue mellom metallelektroder er eksponenten i andre ledd forskjellig fra 2 og er ikke den samme for forskjellige metaller.
Påvirkningen av romladninger i buen manifesteres i utseendet til en betydelig (omtrent 10 V) omvendt elektromotorisk kraft, som må overvinnes av spenningen som påføres elektrodene:
Som et resultat, når strømmen øker, reduseres potensialforskjellen over elektrodene; så, for en bue mellom kull
Resultatet er en fallende volt-ampere karakteristikk for en lysbue (fig. 171). Når strømmen øker til en viss
Når en kritisk verdi er nådd, synker potensialforskjellen over elektrodene kraftig, med ca. 10 V, og lysbuebrenningen blir urolig (buen begynner å suse). Jo større avstanden er mellom elektrodene, desto større skal spenningen som påføres lysbueelektrodene være, og jo høyere er strøm-spenningskarakteristikken.
Hvis strømmen i lysbuen synker på grunn av utilsiktet avkjøling av gassutladningsgapet, må, som det fremgår av det ovenstående, spenningen på elektrodene økes, ellers går lysbuen ut (ved å bringe elektrodene nærmere hverandre , kan du selvfølgelig opprettholde lysbuen til katoden er avkjølt). For å sikre en stabil lysbuebrenning, innføres en reostatmotstand («stille» motstand) i den eksterne kretsen i serie med lysbuen. Med en tilfeldig reduksjon i strømmen i lysbuen avtar også spenningsfallet over dempemotstanden, og derfor, hvis den tilførte spenningen forblir konstant, øker den delen av den som faller på buen tilsvarende.
Ris. 172. Merkurbuelampe.
Ris. 173. SVD lampe,
Den elektriske lysbuen har en rekke bruksområder. Dens bruk for elektrisk sveising er beskrevet i § 27. Ved bruk av en lysbue for belysning lages kull med en kanal boret langs aksen og fylt i form av en veke med metallsalter, hvis damp øker lyseffekten til bueflamme (vekekull). Tilsvarende, såkalte flammebuer forbruker ca per lys i stedet for som vanlige lysbuer med rent kull. Ved bruk av lysbuer i spotlights brukes en strøm på hundrevis av ampere; det resulterende lysbuelyset av hundretusener av stearinlys konsentreres av et søkelys til milliarder av stearinlys.
Kvikksølvbuelamper med kvikksølvelektroder i kvartssylindre er utbredt - "kunstig fjellsol" (fig. 172). For å tenne en slik lampe, vippes den; en strøm av kvikksølv forbinder elektrodene, og når lampen dreies til vertikal posisjon, dannes det en bue der strømmen brytes.
For tiden er lysbueutladning mye brukt i "ultrahøyt" trykklamper (SVD-lamper). Disse lampene er tykkveggede sfæriske kvartskolber med wolframelektroder loddet inn i (fig. 173). Lampen tennes fra en høyspentkilde ved hjelp av en tredje elektrode. Lysbueutladningen utføres i kvikksølvdamp ved et trykk på ca. 100 atmosfærer, eller lampene er fylt med en inert gass (neon, argon, krypton, xenon) ved et trykk på ca. 20 atmosfærer.
Elektriske lysbueovner, der oppvarming ved en lysbueutladning kombineres med oppvarming med en ledningsstrøm, er mye brukt i kjemisk industri. Disse ovnene brukes til å smelte reagerende stoffer
og samtidig utføre reaksjonen ved høy temperatur. Slik får man for eksempel millioner av tonn kalsiumkarbid fra kalk og koks. (Når kalsiumkarbid utsettes for vann, dannes det acetylen, som brukes til autogensveising, til syntese av organiske forbindelser, for bearbeiding til kalsiumcyanid, som fungerer som gjødsel osv.) I kjemisk industri er lysbuen også brukt til å utføre en rekke reaksjoner; for eksempel ble en metode utviklet og brukt for å produsere nitrogenoksid fra luft (ifølge ligningen, etterfulgt av oksidasjon for å produsere salpetersyre. Det finnes en metode for å behandle bensin i et gassutslipp for å øke dens brennbare egenskaper. I en gassblanding av hydrogen og nitrogen, fører et utslipp (spesielt glød) til at det dannes ammoniakk til å produsere ozon fra oksygen osv.
I elektroteknikk brukes en lysbueutladning i enheter som brukes til å likerette strøm, for eksempel i kvikksølvlikerettere.
INTRODUKSJON.
Egenskaper til lysbueutladning.
1. Buedannelse.
2. Katodepunkt. Utseende og enkeltdeler
lysbueutladning.
3. Potensialfordeling og strømspenning
bueutladningskarakteristikk.
4. Temperatur og stråling av enkelte deler av lysbueutladningen.
5. Generering av kontinuerlige svingninger ved hjelp av elektrisk
tric arc.
6. Positiv lysbueutladning ved høy
og ultrahøyt trykk.
III. Påføring av lysbueutladning.
1. Moderne metoder for elektrisk prosessering.
2. Elektrisk lysbuesveising.
3. Plasmateknologi.
4. Plasmasveising.
IV. Konklusjon.
En lysbueutladning i form av en såkalt elektrisk (eller voltaisk) lysbue ble først oppdaget i 1802 av den russiske vitenskapsmannen, professor i fysikk ved Military Medical-Surgical Academy i St. Petersburg, og senere akademiker ved St. Petersburg Vitenskapsakademiet Vasily Vladimirovich Petrov. I en av bøkene han ga ut, beskriver Petrov sine første observasjoner av den elektriske lysbuen med følgende ord:
"Hvis to eller tre kull plasseres på en glassflis eller på en benk med glassben ... og hvis metallisolerte føringer ... kommunisert med begge polene til et stort batteri bringes nærmere hverandre i en avstand på en til tre linjer, mellom dem dukker det opp et veldig sterkt hvitt lys eller en flamme, hvorfra disse kullene antennes raskere eller langsommere, og hvorfra den mørke freden kan lyses opp ganske tydelig..."
Veien til den elektriske lysbuen begynte i antikken. Selv den greske Thales of Miletus, som levde i det sjette århundre f.Kr., kjente egenskapen til rav for å tiltrekke seg lette gjenstander som fjær, strå, hår når de ble gnidd, og til og med skape gnister. Fram til det syttende århundre var dette den eneste måten å elektrifisere kropper, som ikke hadde noen praktisk anvendelse. Forskere lette etter en forklaring på dette fenomenet.
Den engelske fysikeren William Gilbert (1544-1603) fant at andre kropper (for eksempel bergkrystall, glass), som rav, har egenskapen til å tiltrekke seg lette gjenstander etter gnidning. Han kalte disse egenskapene elektriske, og introduserte dette begrepet i bruk for første gang (på gresk er rav elektron).
Borgmesteren i Magdeburg, Otto von Guericke (1602-1686), designet en av de første elektriske maskinene. Det var en elektrostatisk maskin, som var en svovelkule montert på en akse. En av polene var... oppfinneren selv. Når håndtaket ble rotert fløy det blålige gnister ut fra håndflatene til den fornøyde burgemesteren med en lett knitrende lyd. Senere ble Guerickes maskin forbedret av andre oppfinnere. Svovelkulen ble erstattet av en glasskule, og i stedet for forskerens håndflater, ble lærputer brukt som en av stengene.
Av stor betydning var oppfinnelsen på det attende århundre av Leyden-krukkekondensatoren, som gjorde det mulig å lagre elektrisitet. Det var et glasskar fylt med vann, pakket inn i folie. En metallstang ført gjennom en propp ble nedsenket i vann.
Den amerikanske vitenskapsmannen Benjamin Franklin (1706-1790) beviste at vann ikke spiller noen rolle i oppsamlingen av elektriske ladninger har denne egenskapen.
Elektrostatiske maskiner har blitt ganske utbredt, men kun som morsomme dingser. Det var imidlertid forsøk på å behandle pasienter med strøm, men det er vanskelig å si hva den fysioterapeutiske effekten av slik behandling var.
Den franske fysikeren Charles Coulomb (1736-1806), grunnleggeren av elektrostatikk, fastslo i 1785 at kraften i samspillet mellom elektriske ladninger er proporsjonal med størrelsen deres og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem.
På førtitallet av det attende århundre fremmet Benjamin Franklin teorien om at det bare finnes én type elektrisitet - en spesiell elektrisk materie som består av bittesmå partikler som er i stand til å trenge inn i materien. Hvis en kropp har et overskudd av elektrisk materie, lades den positivt hvis det er en mangel, er kroppen negativt ladet. Franklin introduserte pluss- og minustegnene i praksis, så vel som begrepene: kondensator, leder, ladning.
Originale teorier om elektrisitets natur ble laget av M. V. Lomonosov (1711-1765), Leonhard Euler (1707-1783), Franz Apinus (1724-1802) og andre vitenskapsmenn. Ved slutten av det attende århundre hadde egenskapene og oppførselen til stasjonære ladninger blitt tilstrekkelig studert og til en viss grad forklart. Ingenting var imidlertid kjent om elektrisk strømførende ladninger, siden det ikke fantes noen enhet som kunne få et stort antall ladninger til å bevege seg. Strømmene mottatt fra den elektrostatiske maskinen var for små til å kunne måles.
1. Hvis du øker strømmen i en glødeutladning, reduserer den eksterne motstanden, så ved høy strøm begynner spenningen ved rørterminalene å falle, utladningen utvikler seg raskt og blir til en bue. I de fleste tilfeller skjer overgangen brått og fører nesten ofte til kortslutning. Ved å velge motstanden til den eksterne kretsen er det mulig å stabilisere overgangsformen til utladningen og observere, ved visse trykk, den kontinuerlige overgangen av glødeutladningen til en bue. Parallelt med spenningsfallet mellom elektrodene i røret er det en økning i katodetemperaturen og en gradvis nedgang i katodefallet.
Bruken av den vanlige metoden for å tenne en lysbue ved å flytte elektrodene fra hverandre skyldes det faktum at lysbuen brenner ved relativt lave spenninger på titalls volt, mens det for å tenne en glødeutladning er nødvendig med en spenning i størrelsesorden titalls kilovolt ved atmosfærisk trykk. Tenningsprosessen ved å flytte elektrodene fra hverandre forklares av lokal oppvarming av elektrodene på grunn av dannelsen av dårlig kontakt mellom dem i det øyeblikket kretsen bryter.
Spørsmålet om utviklingen av en lysbue når en krets bryter er teknisk viktig ikke bare for å oppnå "nyttige" lysbuer, men også fra synspunktet om å bekjempe "skadelige" lysbuer, for eksempel med dannelse av en lysbue når en bryter åpnes. La L være selvinduktansen til kretsen, W være dens motstand, ع være e.m.f. strømkilde, U(I) er en funksjon av strøm-spenningskarakteristikken til lysbuen. Da må vi ha: ع= L dI/dt+WI+U(I) (1) eller
LdI/dt=(ع-WI)-U(I)=∆ (2).
Forskjellen (ع - WI) er ikke annet enn ordinaten til den direkte motstanden AB (fig. 1), og U(I) er ordinaten til buekarakteristikken for en gitt I. Slik at dI/dt er negativ, dvs. For at strømmen jeg absolutt avtok over tid og en vedvarende lysbue ikke dannet seg mellom elektrodene til bryteren, er det nødvendig at
Figur 1. Den relative posisjonen til motstandslinjen og den karakteristiske kurven for strømspenning for en jevn lysbue for tilfellene: a) når lysbuen ikke kan oppstå når kretsen bryter; b) når det oppstår en lysbue under et brudd i det gjeldende området som tilsvarer punktene P og Q.
∆ع-WI fant sted.
For å gjøre dette må karakteristikken med alle dens punkter ligge over motstandslinjen (fig. 1, a). Denne enkle konklusjonen tar ikke hensyn til kapasitansene i kretsen og gjelder kun likestrøm.
Skjæringspunktet for motstandslinjen med strøm-spenningskarakteristikken til en jevn lysbue tilsvarer den laveste grensen for likestrømstyrke der en lysbue kan oppstå når kretsen bryter (fig. 1, b). I tilfelle en bryter åpner en vekselstrømbue som går ut med hver spenningsovergang gjennom null, er det viktig at forholdene i utladningsgapet under åpning ikke tillater at lysbuen gjentennes med en påfølgende økning i spenningen av gjeldende kilde. Dette krever at når spenningen øker, er utladningsgapet tilstrekkelig avionisert. I brytere med sterk vekselstrøm oppnås økt avionisering kunstig ved å introdusere spesielle elektroder som suger ut ladede gasspartikler på grunn av bipolar diffusjon, samt ved å bruke mekanisk blåsing eller ved å utsette utladningen for et magnetfelt. Ved høye spenninger brukes oljebrytere.
2. Katodeflekken, stasjonær på karbonkatoden, på overflaten av flytende kvikksølv er i kontinuerlig rask bevegelse. Plasseringen av katodeflekken på overflaten av flytende kvikksølv kan festes ved hjelp av en metallstift nedsenket i kvikksølvet og stikker litt ut fra det.
Ved liten avstand mellom anoden og katoden, påvirker anodens termiske stråling i stor grad egenskapene til katodeflekken. Ved tilstrekkelig stor avstand av anoden fra karbonkatoden har dimensjonene til katodeflekken en tendens til en viss konstant grenseverdi, og arealet som okkuperes av katodepunktet på karbonelektroden i luft er proporsjonalt med strømstyrken og tilsvarer en atmosfærisk trykk på 470 A/cm² For en kvikksølvbue ble det funnet 4000 a/cm² i vakuum.
Når trykket avtar, øker arealet som okkuperes av katodeflekken på karbonkatoden ved en konstant strøm.
Skarpheten til den synlige grensen til katodeflekken forklares av det faktum at en relativt langsom temperaturreduksjon med avstanden fra midten av flekken tilsvarer et raskt fall i både lysstråling og termionisk emisjon, og dette tilsvarer skarp " optiske" og "elektriske" grenser for stedet.
Når en lysbue brenner i luft, blir karbonkatoden skjerpet, mens på karbonanoden, hvis utladningen ikke dekker hele frontområdet av anoden, dannes en rund fordypning - et positivt buekrater.
Dannelsen av en katodeflekk er forklart som følger. Fordelingen av romladninger i et tynt lag nær katoden er slik at utladningen krever at jo mindre tverrsnitt av utladningskanalen er for å opprettholde den, jo mindre er potensialforskjellen. Derfor må utladningen ved katoden trekke seg sammen.
Rett ved siden av katodepunktet er en del av utladningen som kalles den negative katodebørsten eller den negative flammen. Lengden på katodebørsten i buen ved lavt trykk bestemmes av avstanden som de raske primærelektronene flyr over, etter å ha mottatt sine hastigheter i området for katodepotensialfallet.
Mellom den negative børsten og den positive søylen er det et område som ligner Faradays mørke rom med en glødeutladning. I Petrovs bue i luften, i tillegg til den negative børsten, er det en positiv flamme og en rekke glorier. Spektralanalyse indikerer tilstedeværelsen av en rekke kjemiske forbindelser (cyanin og nitrogenoksider) i disse flammene og haloene.
Intermitterende form (selv ved bruk av likestrømskilder). Det forekommer vanligvis i gasser ved trykk i størrelsesorden atmosfærisk trykk. Under naturlige forhold observeres en gnistutladning i form av lyn. Utseendemessig er en gnistutladning en haug med lyse, sikksakk-forgrenede tynne strimler som øyeblikkelig trenger inn i utladningsgapet, slukker raskt og konstant...