Когато говорим за характеристиките на волтова дъга, си струва да се спомене, че тя има по-ниско напрежение от светещия разряд и разчита на термоелектронно излъчване на електрони от електродите, които поддържат дъгата. В англоговорящите страни този термин се счита за архаичен и остарял.
Могат да се използват техники за потискане на дъгата за намаляване на продължителността на дъгата или вероятността от възникване на дъга.
В края на 1800-те волтовата дъга е била широко използвана за обществено осветление. Някои електрически дъги с ниско налягане се използват в много приложения. Например за осветление се използват флуоресцентни лампи, живачни, натриеви и металхалогенни лампи. Ксеноновите дъгови лампи бяха използвани за филмови проектори.
Отваряне на волтовата дъга
Смята се, че този феномен е описан за първи път от сър Хъмфри Дейви в статия от 1801 г., публикувана в Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts на Уилям Никълсън. Обаче феноменът, описан от Дейви, не е електрическа дъга, а само искра. По-късни изследователинаписа: „Това очевидно е описание не на дъга, а на искра. Същността на първия е, че той трябва да бъде непрекъснат и полюсите му да не се допират след като е възникнал. Искрата, създадена от сър Хъмфри Дейви, очевидно не беше непрекъсната и въпреки че остана заредена известно време след контакт с въглеродните атоми, най-вероятно нямаше връзка на дъгата, която е необходима за класифицирането й като волтова.
През същата година Дейви публично демонстрира ефекта пред Кралското общество, като пропуска електрически ток през две докосващи се въглеродни пръчки и след това ги изтегля на кратко разстояние един от друг. Демонстрацията показа "слаба" дъга, трудно различима от постоянна искра, между точките с въглен. Научната общност му предоставя по-мощна батерия от 1000 плочи, а през 1808 г. той демонстрира появата на волтова дъга в голям мащаб. На него се приписва и името му на английски (електрическа дъга). Той го нарече дъга, защото приема формата на лък нагоре, когато разстоянието между електродите стане близко. Това се дължи на проводимите свойства на горещия газ.
Как се появи волтовата дъга? Първата непрекъсната дъга е независимо записана през 1802 г. и описана през 1803 г. като "специална течност с електрически свойства" от руския учен Василий Петров, който експериментира с 4200-дискова медно-цинкова батерия.
Допълнително проучване
В края на деветнадесети век волтовата дъга е широко разпространенаизползвани за обществено осветление. Основен проблем беше тенденцията на електрическите дъги да трептят и съскат. През 1895 г. Херта Маркс Айртон написа поредица от статии за електричеството, обяснявайки, че волтовата дъга е резултат от контакт на кислород с въглеродните пръти, използвани за създаване на дъгата.
През 1899 г. тя е първата жена, която някога дава своя собствена статия пред Института на електроинженерите (IEE). Докладът й беше озаглавен "Механизмът на електрическата дъга". Малко след това Айртон е избрана за първата жена член на Института по електроинженери. Следващата жена е приета в института още през 1958 г. Айртън подаде петиция да прочете статия пред Кралското общество, но не й беше позволено да го направи поради нейния пол, а Механизмът на електрическата дъга беше прочетен от Джон Пери вместо нея през 1901 г.
Описание
Електрическата дъга е вид електрически разряд с най-висока плътност на тока. Максималният ток, изтеглен през дъгата, е ограничен само от околната среда, а не от самата дъга.
Дъгата между два електрода може да бъде инициирана чрез йонизация и светещ разряд, когато токът през електродите се увеличи. Напрежението на пробив на електродната междина е комбинирана функция от налягането, разстоянието между електродите и вида на газа, заобикалящ електродите. Когато една дъга започне, напрежението на нейния терминал е много по-малко от това на светещия разряд, а токът е по-висок. Дъга в газове близо до атмосферно налягане се характеризира с видима светлина,висока плътност на тока и висока температура. Той се различава от светещия разряд по това, че ефективните температури на електроните и положителните йони са приблизително еднакви, а при светещ разряд йоните имат много по-ниска топлинна енергия от електроните.
При заваряване
Разширена дъга може да бъде инициирана от два електрода, които първоначално са в контакт и са разделени по време на експеримента. Това действие може да инициира дъга без тлеещ разряд с високо напрежение. Това е начинът, по който заварчикът започва да заварява съединението, като незабавно докосва заваръчния електрод към детайла.
Друг пример е разделянето на електрически контакти на превключватели, релета или прекъсвачи. При високоенергийни вериги може да се наложи потискане на дъгата, за да се предотврати повреда на контакта.
Волтаична дъга: характеристики
Електрическото съпротивление по продължение на непрекъсната дъга създава топлина, която йонизира повече газови молекули (където степента на йонизация се определя от температурата) и в съответствие с тази последователност газът постепенно се превръща в топлинна плазма, която е в топлинно равновесие тъй като температурата е относително равномерно разпределена за всички атоми, молекули, йони и електрони. Енергията, пренесена от електроните, бързо се разпръсква с по-тежки частици чрез еластични сблъсъци поради тяхната висока подвижност и голям брой.
Токът в дъгата се поддържа от термионична и полева емисия на електрони на катода. Текущможе да се концентрира в много малка гореща точка на катода - от порядъка на милион ампера на квадратен сантиметър. За разлика от светещия разряд, структурата на дъгата е трудно различима, тъй като положителната колона е доста ярка и се простира почти до електродите в двата края. Катодният и анодният спад от няколко волта се появяват в рамките на част от милиметъра от всеки електрод. Положителната колона има по-нисък градиент на напрежението и може да липсва в много къси дъги.
Нискочестотна дъга
Нискочестотна (по-малко от 100 Hz) AC дъга наподобява DC дъга. При всеки цикъл дъгата се инициира от срив и електродите сменят ролите си, когато токът промени посоката. Тъй като честотата на тока се увеличава, няма достатъчно време за йонизация при дивергенция във всеки полупериод и вече не е необходимо прекъсване за поддържане на дъгата - характеристиката на напрежението и тока става по-омична.
Място сред други физически явления
Различните форми на дъга са нововъзникващи свойства на моделите на нелинейния ток и електрическото поле. Дъгата възниква в пространство, напълнено с газ между два проводими електрода (често волфрам или въглерод), което води до много високи температури, способни да стопят или изпарят повечето материали. Електрическата дъга е непрекъснат разряд, докато подобен електрически искров разряд е мигновен. Волтова дъга може да възникне в DC вериги или в AC вериги. В последния случай тя можеудари всеки полупериод на тока. Електрическата дъга се различава от светещия разряд по това, че плътността на тока е доста висока и спадът на напрежението в дъгата е малък. На катода плътността на тока може да достигне един мегаампер на квадратен сантиметър.
Разрушителен потенциал
Електрическата дъга има нелинейна връзка между тока и напрежението. След като дъгата е създадена (или чрез преминаване от тлеещ разряд, или чрез моментно докосване на електродите и след това разделянето им), увеличаването на тока води до по-ниско напрежение между клемите на дъгата. Този ефект на отрицателно съпротивление изисква някаква форма на положителен импеданс (като електрически баласт) да бъде поставена във веригата, за да се поддържа стабилна дъга. Това свойство е това, което кара неконтролираните електрически дъги в машината да бъдат толкова разрушителни, тъй като след като дъгата възникне, тя ще изтегля все повече и повече ток от източника на постоянно напрежение, докато устройството бъде унищожено.
Практическо приложение
В индустриален мащаб електрическите дъги се използват за заваряване, плазмено рязане, електроразрядна обработка, като дъгова лампа във филмови проектори и в осветлението. Електродъговите пещи се използват за производство на стомана и други вещества. По този начин се получава калциев карбид, тъй като за постигане на ендотермична реакция (при температури от 2500 ° C) голямо количествоенергия.
Въглеродните дъгови светлини бяха първите електрически лампи. Те са били използвани за улични лампи през 19 век и за специализирани устройства като прожектори до Втората световна война. Днес електрическите дъги с ниско налягане се използват в много области. Например, флуоресцентни, живачни, натриеви и металхалогенни лампи се използват за осветление, докато ксеноновите дъгови лампи се използват за филмови проектори.
Образуването на интензивна електрическа дъга, като дъгова светкавица с малък мащаб, е в основата на взривните детонатори. Когато учените научиха какво е волтова дъга и как може да се използва, ефективните експлозиви попълниха разнообразието от световни оръжия.
Основното оставащо приложение е разпределителното устройство за високо напрежение за преносни мрежи. Съвременните устройства също използват серен хексафлуорид под високо налягане.
Заключение
Въпреки честотата на изгаряния от волтова дъга, тя се счита за много полезно физическо явление, все още широко използвано в индустрията, производството и декоративните елементи. Тя има своя собствена естетика и често се включва в научнофантастични филми. Поражението на волтовата дъга не е фатално.
