V závislosti od tlaku plynu, konfigurácie elektród a parametrov vonkajšieho okruhu existujú štyri typy nezávislých výbojov:
- žeravý výboj;
- iskrový výboj;
- oblúkový výboj;
- korónový výboj.
1. Žiarivý výboj sa vyskytuje pri nízkych tlakoch. Dá sa pozorovať v sklenenej trubici s plochými kovovými elektródami prispájkovanými na koncoch (obr. 8.5). V blízkosti katódy sa nachádza tenká svietiaca vrstva tzv katódový svetelný film 2.
Medzi katódou a filmom je Astonov temný priestor 1. Vpravo od svetelného filmu je umiestnená slabo svietiaca vrstva tzv katódový tmavý priestor 3. Táto vrstva prechádza do svetelnej oblasti, ktorá je tzv tlejúca žiara 4, tlejúci priestor je ohraničený tmavou medzerou - Faradayov temný priestor 5. Vytvárajú sa všetky vyššie uvedené vrstvy katódová časťžeravý výboj. Zvyšok trubice je naplnený žeravým plynom. Táto časť je tzv kladný stĺpec 6.
S poklesom tlaku sa zväčšuje katódová časť výboja a Faradayov tmavý priestor a kladný stĺpec sa skracuje.
Merania ukázali, že takmer všetky potenciálne kvapky sa vyskytujú v prvých troch úsekoch výboja (Astonov tmavý priestor, katódový svetelný film a katódová tmavá škvrna). Táto časť napätia aplikovaného na trubicu sa nazýva katódový potenciálny pokles.
V oblasti tlejúcej žiary sa potenciál nemení - tu je intenzita poľa nulová. Nakoniec, vo Faradayovom tmavom priestore a pozitívnom stĺpci sa potenciál pomaly zvyšuje.
Toto rozloženie potenciálu je spôsobené tvorbou kladného priestorového náboja v tmavom priestore katódy v dôsledku zvýšenej koncentrácie kladných iónov.
Kladné ióny, urýchlené poklesom katódového potenciálu, bombardujú katódu a vyrážajú z nej elektróny. V Astonskom tmavom priestore majú tieto elektróny, lietajúce bez kolízií do oblasti katódového tmavého priestoru, vysokú energiu, v dôsledku čoho molekuly častejšie ionizujú ako excitujú. Tie. Intenzita plynovej žiary klesá, ale vzniká veľa elektrónov a kladných iónov. Výsledné ióny majú spočiatku veľmi nízku rýchlosť a preto v tmavom priestore katódy vzniká kladný priestorový náboj, čo vedie k prerozdeleniu potenciálu pozdĺž trubice a vzniku poklesu potenciálu katódy.
Elektróny generované v tmavom priestore katódy prenikajú do oblasti tlejúcej žiary, ktorá sa vyznačuje vysokou koncentráciou elektrónov a kladných iónov a polárnym priestorovým nábojom blízkym nule (plazma). Preto je intenzita poľa tu veľmi nízka. V oblasti tlejúcej žiary prebieha intenzívny rekombinačný proces sprevádzaný emisiou energie uvoľnenej počas tohto procesu. Tlejúca žiara je teda hlavne rekombinačná žiara.
Z oblasti tlejúcej žiary do Faradayovho tmavého priestoru prenikajú elektróny a ióny v dôsledku difúzie. Pravdepodobnosť rekombinácie tu výrazne klesá, pretože koncentrácia nabitých častíc je nízka. Preto je vo Faradayovom tmavom priestore pole. Elektróny unášané týmto poľom akumulujú energiu a často nakoniec vytvoria podmienky potrebné pre existenciu plazmy. Pozitívny stĺpec predstavuje plazmu s plynovým výbojom. Funguje ako vodič spájajúci anódu s katódovými časťami výboja. Žiarenie kladného stĺpca je spôsobené najmä prechodmi excitovaných molekúl do základného stavu.
2. Iskrový výboj sa vyskytuje v plyne zvyčajne pri tlakoch rádovo atmosférického tlaku. Vyznačuje sa prerušovanou formou. Vo vzhľade je iskrový výboj zväzok jasných cikcakovito rozvetvených tenkých prúžkov, ktoré okamžite preniknú do výbojovej medzery, rýchlo zhasnú a neustále sa navzájom nahrádzajú (obr. 8.6). Tieto pásy sú tzv iskrové kanály.
 |
T plyn = 10 000 K ~ 40 cm ja= 100 kA t= 10 – 4 s l~ 10 km |
Po „rozbití“ výbojovej medzery iskrovým kanálom sa jeho odpor zmenší, kanálom prejde krátkodobý impulz vysokého prúdu, pri ktorom na výbojovú medzeru dopadá len malé napätie. Ak výkon zdroja nie je príliš vysoký, po tomto prúdovom impulze sa vybíjanie zastaví. Napätie medzi elektródami sa začína zvyšovať na svoju predchádzajúcu hodnotu a rozpad plynu sa opakuje s vytvorením nového iskrového kanála.
V prirodzených podmienkach sa pozoruje iskrový výboj vo forme blesku. Na obrázku 8.7 je príklad iskrového výboja - blesk, trvanie 0,2 ÷ 0,3 so silou prúdu 10 4 - 10 5 A, dĺžka 20 km (obr. 8.7).
3. Oblúkový výboj . Ak sa po prijatí iskrového výboja z výkonného zdroja vzdialenosť medzi elektródami postupne zmenšuje, potom sa prerušovaný výboj stáva kontinuálnym a vzniká nová forma výboja plynu, tzv. oblúkový výboj(obr. 8.8).
 |  |
|
| ~ 103 A | ||
| Ryža. 8.8 | ||
V tomto prípade sa prúd prudko zvyšuje, dosahuje desiatky a stovky ampérov a napätie na výbojovej medzere klesá na niekoľko desiatok voltov. Podľa V.F. Litkevich (1872 - 1951), oblúkový výboj sa udržiava hlavne vďaka termionickej emisii z povrchu katódy. V praxi to znamená zváranie, výkonné oblúkové pece.
4. Korónový výboj (obr. 8.9).nastáva v silnom nerovnomernom elektrickom poli pri relatívne vysokých tlakoch plynov (rádovo atmosférických). Takéto pole je možné získať medzi dvoma elektródami, pričom povrch jednej z nich má veľké zakrivenie (tenký drôt, hrot).
 |
 |
Prítomnosť druhej elektródy nie je potrebná, ale jej úlohu môžu zohrať blízke, okolité uzemnené kovové predmety. Keď elektrické pole v blízkosti elektródy s veľkým zakrivením dosiahne približne 3∙10 6 V/m, okolo nej sa objaví žiara, ktorá vyzerá ako škrupina alebo koruna, odkiaľ pochádza aj názov náboja.
Za normálnych podmienok sú plyny dobrými elektrickými izolantmi. Aplikáciou dostatočne silného elektrického poľa sa však môžu narušiť ich izolačné vlastnosti, čo umožní prepúšťať plynom značné prúdy. Prechod prúdu cez plyn sa z historických dôvodov nazýval elektrický „výboj“.
Javy, ktoré v tomto prípade vznikajú, závisia od typu a tlaku plynu, od materiálu, z ktorého sú elektródy vyrobené, od geometrie elektród a nádoby, ktorá ich obklopuje, ako aj od pretekajúceho prúdu. Rôzne formy výboja dostali špeciálne názvy, ako napríklad: tmavý výboj, korónový výboj, žeravý výboj atď. Výkonné výboje však aj za rôznych podmienok majú množstvo spoločných znakov, vďaka ktorým je možné ich spojiť pod jeden názov – „oblúk“. vypúšťanie“.
Pojem „oblúk“ sa vzťahuje len na trvalé alebo kvázi-trvalé typy výboja. Oblúk sa považuje za konečnú formu výboja, ktorý vzniká za každých okolností, ak plynom prechádza dostatočne veľký prúd. Tento výboj je možné získať rôznymi spôsobmi.
Po prvé, oblúk môže vzniknúť v dôsledku nepretržitého alebo náhleho prechodu z nejakého stabilného výboja s nízkym výkonom (napríklad žeravý). Táto dráha iniciácie oblúka je znázornená na obrázku. Predpokladá sa, že k tomu už došlo a že vybíjací prúd má malú konštantnú hodnotu. Ak sa prúd postupne zvyšuje, napätie medzi elektródami sa bude meniť podľa krivky znázornenej na obrázku. Výboj bude prechádzať niekoľkými rôznymi fázami. V bode E začne napätie prudko klesať na dosť nízku hodnotu a dôjde k oblúkovému výboju. Uvedená krivka je typická pre výboj horiaci medzi elektródami oddelenými od seba niekoľko centimetrov, v trubici s priemerom niekoľkých centimetrov, ktorá obsahuje plyn pod tlakom niekoľkých milimetrov ortuti. Číselné hodnoty prúdu a napätia sú uvedené len na označenie rádovej veľkosti. Napätie je funkciou prúdu (alebo skôr prúdovej hustoty) a nie naopak, s výnimkou možného prerušenia kontinuity označeného bodkovanou čiarou FG, prechodu z veľmi malých hodnôt prúdu v bode F na veľké hodnoty charakteristické pre oblúkový výboj v bode H sa vyskytujú hladko prostredníctvom série stabilných stavov. Ale nemôže sa to stať veľmi rýchlo, ak sa na elektródy okamžite privedie veľké napätie pri absencii sériovo zapojeného odporu, ktorý obmedzí rýchly nárast prúdu na hodnotu zodpovedajúcu bodu H. V tomto prípade medzistupne nemajú čas dosiahnutia rovnováhy a priebeh krivky napätia má trochu inú podobu.
Po druhé, oblúk sa môže vyvinúť z nestabilného prechodného iskrového výboja. V tomto prípade je možné oblúk získať napríklad vtedy, ak medzi elektródami v plyne dôjde k výboju pri tlaku rádovo atmosférického tlaku pod vplyvom napätia schopného spôsobiť prerušenie medzery a udržať prúd na hodnote hodnota dostatočná na spálenie oblúka. Všetky medzistupne pred výbojom oblúka sú nestabilné a ak napätie nie je dostatočné na udržanie prúdu oblúka, výboj zhasne alebo sa stane prerušovaným. Za týchto podmienok už napätie medzi elektródami nebude len alebo hlavne funkciou prúdu, ale závisí aj od času. Preto je lepšie znázorniť priebeh procesu pomocou krivky prúdu a krivky napätia v závislosti od času (obrázok). Z tohto obrázku je zrejmé, že v priebehu času rádovo 10^-8 sekúnd dôjde k prudkému poklesu napätia z hodnoty blízkej prieraznému napätiu; potom sa pozoruje viac alebo menej výrazný „krok“ (ktorý niekedy nemusí existovať). Po asi 10^-6 sekundách je napätie len niekoľko desiatok voltov. Potom dochádza k postupnému približovaniu sa k stabilnému stavu, ku ktorému dochádza až po vytvorení tepelnej rovnováhy pre elektródy a nádobu. Tento proces môže trvať niekoľko minút. Na obrázku bod A zodpovedá začiatku prudkého poklesu napätia. Medzi začiatkom prierazu a momentom poklesu napätia v bode A môže uplynúť pomerne dlhá doba (doba vzniku). Nestabilný výboj vyskytujúci sa v bode A sa nazýva iskra.
Po tretie, oblúk je možné získať oddialením dvoch elektród s prúdom, ktoré boli pôvodne v kontakte. Tento spôsob zapálenia oblúka je v praxi široko používaný, pretože v tomto prípade nie je potrebné prerušovať plyn medzi elektródami. Inými slovami, nie je potrebný zdroj vysokého napätia potrebný na rozklad plynu; na zabezpečenie udržania už vzniknutého oblúkového výboja stačí výrazne nižšie napätie. Výboj, ktorý vzniká týmto spôsobom, sa nazýva lámanie oblúka. Často nepriaznivá je skutočnosť, že medzi pohyblivými kontaktmi sa môže rozsvietiť oblúk. Takéto oblúky vznikajú medzi kontaktmi spínača. Môžu byť ťažké uhasiť a mať deštruktívny účinok na spínač.
2.1.1. Vlastnosti oblúkového výboja
Pri spínacích ES určených na uzatváranie a otváranie okruhu prúdom dochádza pri odpojení k výboju v plyne buď vo forme žeravého výboja alebo vo forme oblúka. Žiarivý výboj nastáva, keď je spínaný prúd pod 0,1 A a napätie na kontaktoch dosiahne 250-300 V. Takýto výboj sa vyskytuje buď na kontaktoch nízkovýkonových relé, alebo ako prechodná fáza k výboju vo forme elektrického oblúka.
Ak je prúd v napäťovom obvode vyšší ako hodnoty = 0,03-0,9 A, potom dôjde k oblúkovému výboju. Základné vlastnosti oblúkového výboja:
1. Oblúkový výboj sa vyskytuje len pri vysokých prúdoch. Minimálny oblúkový prúd pre rôzne materiály a pre kovy je to 0,5A.
2. Teplota strednej časti oblúka je veľmi vysoká a v zariadeniach môže dosiahnuť 6000-25000 K.
3. Prúdová hustota na katóde je extrémne vysoká a dosahuje .
4. Úbytok napätia na katóde je len 10-20 V a je prakticky nezávislý od prúdu.
V oblúkovom výboji je možné rozlíšiť tri charakteristické oblasti: blízku katódu, oblasť oblúkového stĺpca a blízku anódu.
Elektrický zvárací oblúk
Elektrický zvárací oblúk je dlhodobý elektrický výboj v plazme, ktorý je zmesou ionizovaných plynov a pár zložiek ochrannej atmosféry, plniva a základného kovu.
Oblúk dostal svoj názov podľa charakteristického tvaru, ktorý má pri horení medzi dvoma horizontálne umiestnenými elektródami; zahriate plyny majú tendenciu stúpať nahor a tento elektrický výboj sa ohýba, pričom nadobúda tvar oblúka alebo oblúka.
Z praktického hľadiska možno oblúk považovať za vodič plynu, ktorý premieňa elektrickú energiu na tepelnú energiu. Poskytuje vysokú intenzitu ohrevu a ľahko sa ovláda pomocou elektrických parametrov.
Spoločnou charakteristikou plynov je, že za normálnych podmienok nie sú vodičmi elektrického prúdu. Za priaznivých podmienok (vysoká teplota a prítomnosť vonkajšieho elektrického poľa vysokej intenzity) však môžu plyny ionizovať, t.j. ich atómy alebo molekuly môžu uvoľňovať alebo naopak pre elektronegatívne prvky zachytávať elektróny, pričom sa menia na kladné alebo záporné ióny. Vďaka týmto zmenám sa plyny presúvajú do štvrtého skupenstva hmoty nazývanej plazma, ktorá je elektricky vodivá.
Budenie zváracieho oblúka prebieha v niekoľkých fázach. Napríklad pri zváraní MIG/MAG, keď sa koniec elektródy a zváraná časť dostanú do kontaktu, dochádza ku kontaktu medzi mikrovýstupkami ich povrchov. Vysoká prúdová hustota prispieva k rýchlemu roztaveniu týchto výstupkov a tvorbe vrstvy tekutého kovu, ktorá sa smerom k elektróde neustále zväčšuje a nakoniec praskne.
V okamihu, keď sa prepojka zlomí, dôjde k rýchlemu odparovaniu kovu a výbojová medzera je vyplnená iónmi a elektrónmi, ktoré v tomto prípade vznikajú. Vzhľadom na to, že na elektródu a produkt je privedené napätie, elektróny a ióny sa začnú pohybovať: elektróny a záporne nabité ióny k anóde a kladne nabité ióny ku katóde, a tým dôjde k vybudeniu zváracieho oblúka. Po vybudení oblúka sa koncentrácia voľných elektrónov a kladných iónov v oblúkovej medzere stále zvyšuje, pretože elektróny sa na svojej ceste zrážajú s atómami a molekulami a „vyrazia“ z nich ešte viac elektrónov (súčasne aj atómy, ktoré stratili jeden alebo viac elektrónov, stali sa kladne nabitými iónmi). Dochádza k intenzívnej ionizácii plynu v oblúkovej medzere a oblúk nadobúda charakter stabilného oblúkového výboja.
Niekoľko zlomkov sekundy po vybudení oblúka sa na základnom kove začne vytvárať zvarový kúpeľ a na konci elektródy sa začne vytvárať kvapka kovu. A po približne ďalších 50 - 100 milisekúndách sa vytvorí stabilný prechod kovu z konca elektródového drôtu do zvarového kúpeľa. Môže sa vykonávať buď kvapkami, ktoré voľne prelietavajú cez oblúkovú medzeru, alebo kvapkami, ktoré najskôr vytvárajú skrat a potom stekajú do zvarového kúpeľa.
Elektrické vlastnosti oblúka sú určené procesmi vyskytujúcimi sa v jeho troch charakteristických zónach - stĺpec, ako aj v oblastiach blízkych elektródam oblúka (katóda a anóda), ktoré sa na jednej strane nachádzajú medzi stĺpcom oblúka. a elektróda a výrobok na druhej strane.
Na udržanie plazmy oblúka pri zváraní spotrebnou elektródou stačí poskytnúť prúd 10 až 1000 ampérov a medzi elektródu a výrobok priviesť elektrické napätie asi 15 až 40 voltov. V tomto prípade pokles napätia na samotnom stĺpci oblúka nepresiahne niekoľko voltov. Zvyšné napätie klesá v oblasti katódy a anódy oblúka. Dĺžka oblúkového stĺpca v priemere dosahuje 10 mm, čo zodpovedá približne 99 % dĺžky oblúka. Intenzita elektrického poľa v stĺpci oblúka teda leží v rozsahu od 0,1 do 1,0 V/mm. Naopak oblasti katódy a anódy sa vyznačujú veľmi krátkou dĺžkou (asi 0,0001 mm pre oblasť katódy, čo zodpovedá strednej voľnej dráhe iónu, a 0,001 mm pre oblasť anódy, čo zodpovedá priemeru voľná dráha elektrónu). V súlade s tým majú tieto oblasti veľmi vysokú intenzitu elektrického poľa (až 104 V/mm pre oblasť katódy a až 103 V/mm pre oblasť anódy).
Experimentálne sa zistilo, že v prípade zvárania stavnou elektródou pokles napätia v oblasti katódy prevyšuje pokles napätia v oblasti anódy: 12 - 20 V a 2 - 8 V, v tomto poradí. Vzhľadom na to, že uvoľňovanie tepla na predmetoch elektrického obvodu závisí od prúdu a napätia, je zrejmé, že pri zváraní stavnou elektródou sa uvoľňuje viac tepla v oblasti, kde dochádza k väčším poklesom napätia, t.j. v katóde. Preto sa pri zváraní tavnou elektródou využíva hlavne prepólovanie zváracieho prúdu, kedy výrobok slúži ako katóda na zabezpečenie hlbokého prieniku základného kovu (v tomto prípade je kladný pól zdroja pripojený na elektróda). Pri naváraní sa niekedy používa priama polarita (ak je naopak žiaduce, aby penetrácia základného kovu bola minimálna).
Naopak, pri podmienkach zvárania TIG (zváranie netaviteľnými elektródami) je pokles napätia na katóde výrazne nižší ako pokles napätia na anóde, a preto za týchto podmienok vzniká na anóde viac tepla. Preto pri zváraní netaviteľnou elektródou, aby sa zabezpečila hlboká penetrácia základného kovu, je výrobok pripojený ku kladnému pólu zdroja energie (a stáva sa anódou) a elektróda je pripojená k zápornému pólu ( teda chráni elektródu pred prehriatím).
V tomto prípade, bez ohľadu na typ elektródy (spotrebná alebo nespotrebiteľná), sa teplo vytvára hlavne v aktívnych oblastiach oblúka (katóda a anóda), a nie v stĺpci oblúka. Táto vlastnosť oblúka sa používa na roztavenie iba tých oblastí základného kovu, na ktoré je oblúk nasmerovaný.
Tie časti elektród, ktorými prechádza oblúkový prúd, sa nazývajú aktívne body (na kladnej elektróde - anódový bod a na zápornej elektróde - katódový bod). Katódová škvrna je zdrojom voľných elektrónov, ktoré prispievajú k ionizácii oblúkovej medzery. Zároveň sa ku katóde rútia prúdy kladných iónov, ktoré ju bombardujú a prenášajú na ňu svoju kinetickú energiu. Teplota na povrchu katódy v oblasti aktívneho bodu pri zváraní stavnou elektródou dosahuje 2500 ... 3000 °C.
Oblúková štruktúra Lk - oblasť katódy; La - oblasť anódy (La = Lk = 10-5-10-3 cm); Lst - oblúkový stĺp; Ld - dĺžka oblúka; Ld = Lk + La + Lst
Prúdy elektrónov a záporne nabitých iónov sa rútia k anódovému bodu, ktorý mu odovzdáva svoju kinetickú energiu. Teplota na povrchu anódy v oblasti aktívneho bodu pri zváraní stavnou elektródou dosahuje 2500 ... 4000 °C. Teplota stĺpca oblúka pri zváraní spotrebnou elektródou sa pohybuje od 7 000 do 18 000 ° C (pre porovnanie: teplota tavenia ocele je približne 1 500 ° C).
Vplyv na oblúk magnetických polí
Pri zváraní jednosmerným prúdom sa často pozoruje jav, ako je magnetický. Vyznačuje sa nasledujúcimi vlastnosťami:
Stĺpec zváracieho oblúka sa prudko odchyľuje od svojej normálnej polohy; - oblúk horí nestabilne a často sa odlamuje; - mení sa zvuk horenia oblúka - objavujú sa praskavé zvuky.
Magnetický výbuch narúša tvorbu švu a môže prispieť k výskytu takých defektov vo šve, ako je nedostatok prieniku a nedostatok fúzie. Príčinou magnetického výbuchu je interakcia magnetického poľa zváracieho oblúka s inými blízkymi magnetickými poľami alebo feromagnetickými hmotami.
Stĺp zváracieho oblúka možno považovať za súčasť zváracieho okruhu vo forme ohybného vodiča, okolo ktorého je magnetické pole.
V dôsledku vzájomného pôsobenia magnetického poľa oblúka a magnetického poľa, ktoré vzniká vo zváranej časti pri prechode prúdu, dochádza k vychýleniu zváracieho oblúka v smere opačnom k miestu pripojenia prúdového vodiča.
Vplyv feromagnetických hmôt na vychýlenie oblúka je spôsobený tým, že v dôsledku veľkého rozdielu v odolnosti voči prechodu magnetických siločiar oblúka vzduchom a feromagnetickými materiálmi (železo a jeho zliatiny) sa magnetické pole ukazuje byť koncentrovanejší na strane protiľahlej k umiestneniu hmoty, takže stĺpec oblúka sa posunie na bočné feromagnetické teleso.
Magnetické pole zváracieho oblúka sa zvyšuje so zvyšujúcim sa zváracím prúdom. Preto sa účinok magnetického výbuchu častejšie prejavuje pri zváraní vo vysokých podmienkach.
Vplyv magnetického výbuchu na proces zvárania môžete znížiť:
Vykonávanie zvárania krátkym oblúkom; - naklonenie elektródy tak, aby jej koniec smeroval k pôsobeniu magnetického výbuchu; - priblíženie prívodu prúdu k oblúku.
Účinok magnetického výboja možno znížiť aj nahradením jednosmerného zváracieho prúdu striedavým prúdom, pri ktorom sa magnetický výboj objavuje oveľa menej. Treba však pamätať na to, že oblúk striedavého prúdu je menej stabilný, pretože v dôsledku zmeny polarity zhasne a znova sa rozsvieti 100-krát za sekundu. Aby oblúk striedavého prúdu stabilne horel, je potrebné použiť stabilizátory oblúka (ľahko ionizované prvky), ktoré sa zavádzajú napríklad do povlaku elektródy alebo do taviva.
Na elektródach v oblasti blízkej anóde a blízkej katóde dochádza k prudkému poklesu napätia: katóda Uk a anódová Ua. Veľkosť tohto poklesu napätia závisí od materiálov elektród a plynu (15V – 30V). Vo zvyšku oblúka, ktorý sa nazýva hlaveň, je pokles napätia priamo úmerný dĺžke oblúka. Gradient je pozdĺž kmeňa približne konštantný a dosahuje od 100 do 200 V/cm. Konečné napätie oblúka
Uд=Uк+Uа+lд∙Ed
ARC DISCHARGE, nezávislý kvázistacionárny elektrický výboj v plyne, horiaci pri takmer akomkoľvek tlaku plynu presahujúcom 0,01-1 Pa (10-4-10-2 mm Hg), s konštantnou alebo premenlivou nízkou frekvenciou (do 103 Hz) rozdielové potenciály medzi elektródami. Oblúkový výboj je charakterizovaný vysokou prúdovou hustotou na katóde (102-108 A/cm 2) a nízkym poklesom katódového potenciálu, ktorý nepresahuje efektívny ionizačný potenciál média vo výbojovej medzere. Prvýkrát oblúkový výboj medzi dvoma uhlíkovými elektródami vo vzduchu pozoroval v roku 1802 V.V Petrov a nezávisle v roku 1808 G. Davy. Svetelný prúdový kanál tohto výboja, keď sú elektródy vodorovne umiestnené pod vplyvom konvekčných tokov, je ohnutý v tvare oblúka, odtiaľ názvy - oblúkový výboj, elektrický oblúk.
Pri väčšine oblúkových výbojov pri vysokých prúdových hustotách sa na katóde objaví malý, veľmi jasný bod, ktorý sa pohybuje po celom povrchu katódy. Teplota v mieste môže dosiahnuť teplotu varu (alebo sublimácie) katódového materiálu. Termionická emisia hrá významnú úlohu v mechanizme udržiavania prúdu oblúkového výboja. Nad katódovou škvrnou sa vytvorí vrstva kladného priestorového náboja, ktorá zabezpečuje zrýchlenie emitovaných elektrónov na energie dostatočné na nárazovú ionizáciu atómov a molekúl plynu. Pretože táto vrstva je veľmi tenká (menej ako stredná voľná dráha elektrónov), vytvára na povrchu katódy vysokú intenzitu poľa, najmä v blízkosti mikronehomogenít, preto sú emisie poľa aj emisie tepelného poľa významné. Vysoká prúdová hustota a „skákanie“ bodu z bodu do bodu vytvára podmienky pre explozívnu emisiu elektrónov.
Od zóny poklesu katódového potenciálu k anóde je takzvaný kladný stĺpec. Na anóde sa zvyčajne vytvorí jasná škvrna anódy, v ktorej je povrchová teplota takmer rovnaká ako na katóde. Pri niektorých typoch oblúkového výboja sa pri prúdoch desiatok ampérov objavujú na katóde a anóde horáky vo forme plazmových prúdov vyletujúcich vysokou rýchlosťou kolmo na povrch elektród. Pri prúdoch 100-300 A sa objavujú ďalšie horáky, ktoré vytvárajú lúč plazmových prúdov. Ohrievaný a ionizovaný plyn v kolóne je plazma. Elektrická vodivosť plazmy môže byť veľmi vysoká, ale zvyčajne je o niekoľko rádov nižšia ako elektrická vodivosť kovov.
Keď je koncentrácia nabitých častíc väčšia ako 10 18 cm -3, stav plazmy možno niekedy považovať za blízky rovnovážnemu stavu. Pri nižších hustotách, do 10 15 cm -3, môže vzniknúť stav lokálnej termodynamickej rovnováhy (LTE), kedy v každom bode plazmy sú všetky štatistické rozdelenia blízke rovnováhe pri jednej hodnote teploty, ktorá je v rôznych bodoch rozdielna. Jedinou výnimkou je v tomto prípade plazmové žiarenie: je ďaleko od rovnováhy a je určené zložením plazmy a rýchlosťami radiačných procesov. Pri obmedzených rozmeroch stĺpca oblúkového výboja aj v hustej plazme na osi stĺpca dochádza k narušeniu stavu LTE v dôsledku radiačných strát. To je vyjadrené v silnej odchýlke zloženia plazmy a populácií excitovaných hladín od ich rovnovážnych hodnôt. Kinetiku plazmy v stĺpci oblúkového výboja pri vysokých hustotách určujú najmä kolízne procesy a so znižovaním hustoty (odďaľovaním od osi) zohrávajú čoraz významnejšiu úlohu radiačné procesy.
Priemer stĺpca oblúkového výboja je určený podmienkami rovnováhy vytvorenej a stratenej energie. So zvyšujúcim sa prúdom alebo tlakom sa menia stratové mechanizmy v dôsledku tepelnej vodivosti plynu, ambipolárnej difúzie, radiačných procesov atď. Pri takýchto zmenách môže dôjsť k samostlačeniu (kontrakcii) kolóny (pozri Zmluvný výboj).
V závislosti od podmienok horenia oblúkového výboja sa jeho parametre menia v širokých medziach. Klasickým príkladom oblúkového výboja je výboj jednosmerného prúdu voľne horiaci vo vzduchu medzi uhlíkovými elektródami. Jeho typické parametre sú: prúd od 1 A do stoviek ampérov, vzdialenosť medzi elektródami od milimetrov do niekoľkých centimetrov, teplota plazmy cca 7000 K, teplota anódového bodu cca 3900 K.
Oblúkový výboj sa používa ako laboratórny zdroj svetla a v technike (uhlíkové oblúkové lampy). Oblúkový výboj s uhlíkovou anódou navŕtanou a naplnenou testovanými látkami sa používa pri spektrálnej analýze rúd, minerálov, solí atď. Oblúkový výboj sa používa v plazmových horákoch, oblúkových peciach na tavenie kovov, elektrické zváranie a v rôznych elektronických a osvetľovacích zariadeniach. Vo vákuových vysokonapäťových ističoch sa používa takzvaný vákuový oblúk, ktorý sa zapáli vo vákuu a horí v kovových parách odparených z katódy.
Lit.: Kesaev I. G. Katódové procesy elektrického oblúka. M., 1968; Granovský V. L. Elektrický prúd v plyne. M., 1971; Raiser Yu P. Fyzika výboja plynu. 2. vyd. M., 1992.
OBLUKOVÝ VÝBOJ
jeden z typov stacionárnych elektrický výboj v plyne, charakterizované vysokou prúdovou hustotou a malým poklesom napätia (porovnateľným s ionizačným potenciálom plynu). DR. môže byť výsledkom el prerušenie vypúšťacej medzery na krátky čas. prudké zvýšenie napätia medzi elektródami. Ak dôjde k poruche pri tlaku plynu blízkom atmosférickému, potom D. r. predchádzalo iskrový výboj. DR. použité v oblúkové pece, V svetelné zdroje s plynovou výbojkou, pri oblúkové zváranie, V plazmatróny atď.
Veľký encyklopedický polytechnický slovník. 2004 .
Pozrite si, čo je „ARC DISCHARGE“ v iných slovníkoch:
Nezávislý kvázistacionárny elektrický výboj v plyne, horiaci pri takmer akomkoľvek tlaku plynu presahujúcom 10 2 10 4 mm Hg. Art., s konštantným alebo premenlivým nízkofrekvenčným (do 103 Hz) potenciálnym rozdielom medzi elektródami. D....... Fyzická encyklopédia
oblúkový výboj- Nezávislý elektrický výboj, v ktorom je elektrické pole vo výbojovej medzere určené najmä veľkosťou a umiestnením priestorových nábojov v ňom a ktorý sa vyznačuje malým poklesom katódového potenciálu (rádovo... ... . Technická príručka prekladateľa
oblúkový výboj- oblúkový výboj; priemyslu oblúkový výboj; voltaický oblúk Elektrický výboj, v ktorom je elektrické pole vo výbojovej medzere determinované najmä veľkosťou a umiestnením priestorových nábojov v nej, charakterizovaný malou katódou ... ... Polytechnický terminologický výkladový slovník
Elektrický výboj v plynoch, charakterizovaný vysokou hustotou prúdu a malým poklesom potenciálu v blízkosti katódy. Podporované termionickou emisiou alebo emisiou poľa z katódy. Teplota plynu v kanáli výboja oblúka pri... ... Veľký encyklopedický slovník
OBLUKOVÝ VÝBOJ- jeden z typov nezávislého elektrického výboja v plyne, vyznačujúci sa vysokou prúdovou hustotou. Ionizovaný plyn zohriaty na vysokú teplotu v stĺpci medzi elektródami, na ktorý je privedené elektrické napätie je v... ... Veľká polytechnická encyklopédia
Jeden z typov stacionárneho elektrického výboja v plynoch (pozri Elektrický výboj v plynoch). Prvýkrát ho pozoroval medzi dvoma uhlíkovými elektródami vo vzduchu v roku 1802 V. V. Petrov a nezávisle v roku 1808 09 G. Davy. Svieti aktuálny kanál...... Veľká sovietska encyklopédia
oblúkový výboj- lankinis išlydis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. oblúkový výboj; elektrický oblúk v plyne vok. Bogenentladung, f rus. oblúkový výboj, m; oblúkový výboj v plyne, m pranc. décharge d'arc, f; décharge en régime d'arc, f; décharge par arc, f … Fizikos terminų žodynas
Elektrický výboj v plynoch, horiaci pri takmer akomkoľvek tlaku plynu presahujúcom 10 2 10 3 mm Hg. čl.; charakterizované vysokou prúdovou hustotou na katóde a malým poklesom potenciálu. Prvýkrát pozoroval v roku 1802 V.V Petrov vo vzduchu... ... encyklopedický slovník
Elektrický oblúk vo vzduchu Elektrický oblúk je fyzikálny jav, jeden z typov elektrického výboja v plyne. Synonymá: Voltaický oblúk, Oblúkový výboj. Prvýkrát ho opísal v roku 1802 ruský vedec V. V. Petrov. Elektrický oblúk je... ... Wikipedia
oblúkový výboj- lankinis išlydis statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. oblúkový výboj vok. Bogenentladung, f; Lichtbogenentladung, f rus. oblúkový výboj, m pranc. décharge d oblúk, f; décharge en arc, f … Automatika terminų žodynas
oblúkový výboj- lankinis išlydis statusas T sritis chemija apibrėžtis Savaiminio elektros išlydžio dujose rūšis. atitikmenys: angl. oblúkový výboj rus. oblúkový výboj... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
