Un arc electric ( arc voltaic , descărcare cu arc ) este unul dintre tipurile de descărcare electrică dintr - un gaz .
Descris pentru prima dată în 1801 de omul de știință britanic Sir Humphrey Davy în Journal of Natural Philosophy, Chemistry, and the Arts și demonstrat de el la o reuniune a Royal Scientific Society, iar în 1802 de omul de știință rus V. Petrov într-o carte cu titlul caracteristic „Știri despre experimente galvano-voltaice prin intermediul unei baterii uriașe, formată uneori din 4200 de cercuri de cupru și zinc” (Sankt Petersburg, 1803) . Un arc electric este un caz special al celei de-a patra forme a stării materiei - plasmă - și constă dintr-un gaz ionizat, cvasi-neutru din punct de vedere electric. Prezența sarcinilor electrice libere asigură conductivitatea arcului electric.
Un arc electric între doi electrozi în aer la presiunea atmosferică se formează după cum urmează:
Când tensiunea dintre cei doi electrozi crește până la un anumit nivel în aer, are loc o defecțiune electrică între electrozi . Tensiunea electrică de avarie depinde de distanța dintre electrozi și de alți factori. Potențialul de ionizare al primului electron al atomilor de metal este de aproximativ 4,5 - 5 V, iar tensiunea arcului este de două ori mai mare (9 - 10 V). Este necesar să se cheltuiască energie la ieșirea unui electron din atomul de metal al unui electrod și la ionizarea atomului celui de-al doilea electrod. Procesul duce la formarea unei plasme între electrozi și arderea unui arc (pentru comparație: tensiunea minimă pentru formarea unei descărcări de scânteie depășește ușor potențialul de ieșire a electronilor - până la 6 V).
Pentru a iniția o defecțiune la tensiunea disponibilă, electrozii sunt apropiați unul de celălalt. În timpul unei defecțiuni, între electrozi apare de obicei o descărcare de scânteie , închiderea circuitului electric prin impuls . Electronii din descărcări de scânteie ionizează moleculele din spațiul de aer dintre electrozi. Cu o putere suficientă a sursei de tensiune în spațiul de aer, se formează o cantitate suficientă de plasmă pentru o scădere semnificativă a tensiunii de rupere sau a rezistenței spațiului de aer. În acest caz, descărcările de scânteie se transformă într-o descărcare cu arc - un cordon de plasmă între electrozi, care este un tunel de plasmă . Arcul rezultat este, de fapt, un conductor și închide circuitul electric dintre electrozi. Ca urmare, curentul mediu crește și mai mult, încălzind arcul până la 5000-50000 K. În acest caz, se consideră că aprinderea arcului este încheiată. După aprindere, arderea stabilă a arcului este asigurată de emisia termoionică din catodul încălzit prin bombardament de curent și ioni.
După aprindere, arcul poate rămâne stabil atunci când contactele electrice sunt separate până la o anumită distanță.
Interacțiunea electrozilor cu plasma arcului duce la încălzirea lor, topirea parțială, evaporarea, oxidarea și alte tipuri de coroziune.
Arcul electric este format din regiuni catod și anod, coloană de arc, regiuni de tranziție. Grosimea regiunii anodice este de 0,001 mm, iar cea a regiunii catodului este de aproximativ 0,0001 mm.
Temperatura în regiunea anodului în timpul sudării electrodului consumabil este de aproximativ 2500 ... 4000 ° C, temperatura în coloana arcului este de la 7.000 la 18.000 ° C, în regiunea catodului - 9.000 - 12.000 ° C.
Coloana arcului este neutră din punct de vedere electric. În oricare dintre secțiunile sale există același număr de particule încărcate de semne opuse. Căderea de tensiune în coloana arcului este proporțională cu lungimea acesteia [1] .
Arcurile de sudura sunt clasificate dupa:
Arcul electric, ca sursă puternică și concentrată de căldură , este utilizat în sudarea cu arc și tăierea cu plasmă a metalelor, pentru topirea oțelului în cuptoare cu arc și inițierea explozivilor în detonatoarele electrice . De asemenea, arcul poate fi folosit pentru a încălzi fluidul de lucru în motoarele electrice cu rachete .
Efectul combinat al încălzirii de la arc și al undelor de șoc care decurg din prăbușirea canalului arcului este utilizat în prelucrarea cu descărcare electrică . Pulsațiile volumetrice ale canalului de plasmă al unui arc de înaltă frecvență sunt utilizate pentru reproducerea sunetului în ionofone .
Radiația strălucitoare a arcului este utilizată pentru iluminare. Arc au fost primele surse de serie de lumină electrică - lumânări Yablochkov . Sursele de lumină puternice bazate pe un arc electric - lămpi electrice cu arc - au primit o anumită distribuție . În funcție de compoziția mediului în care arde arcul, astfel de lămpi pot fi fie radiații directe ( lampă cu arc cu xenon , lampă cu arc cu carbon , lampă cu descărcare în gaz de sodiu ), fie indirecte, folosind fosfori - o lampă cu descărcare în gaz mercur .
Influența asupra compoziției plasmei a arcului materialului electrodului este utilizată în acoperirea cu arcul de vid și în spectroscopie , de exemplu, în steeloscope , pentru a obține spectrul de emisie al probei studiate.
Caracteristicile fizicii aprinderii arcului (necesitatea unui punct catod) sunt utilizate în redresoarele cu mercur .
Uneori este utilizată proprietatea caracteristicii neliniare curent-tensiune a arcului (vezi mașină de stingere în câmp , descărcători ).
Într-o serie de dispozitive, fenomenul arcului electric este dăunător. Acestea sunt, în primul rând, dispozitivele de comutare de contact utilizate în alimentarea cu energie și acționarea electrică: întrerupătoare de înaltă tensiune , întrerupătoare automate , contactoare , izolatoare secționale pe rețeaua de contact a căilor ferate electrificate și transportul electric urban. Atunci când sarcinile sunt deconectate de dispozitivele de mai sus, apare un arc între contactele de rupere.
Mecanismul pentru apariția unui arc în acest caz este următorul:
Pentru deteriorarea minimă a contactelor, este necesară stingerea arcului în timp minim, făcând toate eforturile pentru a preveni ca arcul să fie într-un singur loc (când arcul se mișcă, căldura eliberată în acesta va fi distribuită uniform pe corpul contactului). ).
Pentru a îndeplini cerințele de mai sus, se utilizează următoarele metode de suprimare a arcului:
Arcul electric creează radiații puternice într-o gamă largă de unde. Când arde în aer, aproximativ 70% din energia radiației cade pe ultraviolete , 15% pe radiația vizibilă și 15% pe infraroșu [2] . Expunerea la ochi poate duce la electroftalmie , iar expunerea la piele poate duce la arsuri . Pentru a proteja ochii și fața, sudorii folosesc măști speciale de sudură cu un filtru întunecat . Pentru a proteja corpul - salopetă rezistentă la căldură .
Având în vedere că descărcarea arcului este în esență un conductor deschis, impactul direct al arcului asupra unei persoane va duce la vătămări electrice .
| Sudare | |
|---|---|
| Terminologie | |
| Arc electric | |
| sudare sub presiune | |
| sudura prin contact | |
| Alte tipuri de sudare | |
| Sudarea metalelor | |
| Sudarea nemetalelor | |
| Echipamente și echipamente | |
| Organizatii profesionale | |
| Ediții profesionale | |
| Boli profesionale | |