Дуговий розряд

Фізичні процеси в дуговому розряді

Основним механізмом, який забезпечує існування електричної дуги, є термоемісія електронів із

катода. Особливістю цього розряду є порівняно мала напруга між електродами (10K30B)та значний

струм, величина якого може досягати декількох тисяч ампер. Більш адекватною характеристикою

розряду є густина струму, яка може досягати

108 А

см2. Тиск газу, як правило, дорівнює

атмосферному, але може бути і значно вищим. Дуговий розряд уперше отримав і дослідив російський учений В. В. Петров у 1902 р. Для паралельно розміщених електродів розряд набуває форми дуги, що й зумовило його назву.

Дуговий розряд вирізняється високою температурою та яскравістю; в ньому присутня

інтенсивна ультрафіолетова компонента. При використанні в якості електродів вугільних стержнів

(пресований графіт) температура катода для атмосферному тиску може досягати

3000o C. Ще вища

температура анода – до

4000o C. Для тиску в 20 ат вона перевищує

7000o C. З такою високою

температурою дугу можна експлуатувати лише в безкисневій атмосфері. Температура анода не відіграє вирішальної ролі у підтриманні дугового розряду; він навіть може примусово охолоджуватись. Визначальною умовою є лише висока температура катода, який при цьому інтенсивно випускає термоелектрони.

Дуговий розряд має спадну вольтамперну характеристику (область ГД на рис. 8.4.2), тобто у відсутності факторів, які обмежують силу струму, розряд розвивається катастрофічно. Збільшення сили струму веде до зростання температури, а відтак до ще більшого струму внаслідок наростання процесів термічної іонізації. Опір R міжелектродного проміжку при цьому спадає швидше, ніж

зростає струм, тобто напруга між електродами (U = IR) зменшується. Тому для отримання

стаціонарного дугового розряду в коло дуги необхідно вмикати електричний опір, величина якого не

залежить від сили струму чи навіть збільшується з ним. У зварювальному апараті таким баластом слугує індуктивний опір вторинної обмотки зварювального трансформатора.