En elektrisk lysbue ( voltaisk lysbue , bueudladning ) er en af de typer elektrisk udladning i en gas .
Først beskrevet i 1801 af den britiske videnskabsmand Sir Humphrey Davy i Journal of Natural Philosophy, Chemistry, and the Arts og demonstreret af ham på et møde i Royal Scientific Society, og i 1802 af den russiske videnskabsmand V. Petrov i en bog med den karakteristiske titel "Nyheder om galvanisk-voltaiske eksperimenter ved hjælp af et enormt batteri, nogle gange bestående af 4200 kobber- og zinkcirkler" (St. Petersborg, 1803) . En elektrisk lysbue er et specialtilfælde af den fjerde form af stoffets tilstand - plasma - og består af en ioniseret, elektrisk kvasinuutral gas. Tilstedeværelsen af gratis elektriske ladninger sikrer ledningsevnen af den elektriske lysbue.
En elektrisk lysbue mellem to elektroder i luft ved atmosfærisk tryk dannes som følger:
Når spændingen mellem de to elektroder stiger til et vist niveau i luften, opstår der et elektrisk nedbrud mellem elektroderne . Den elektriske gennemslagsspænding afhænger af afstanden mellem elektroderne og andre faktorer. Ioniseringspotentialet for den første elektron af metalatomer er ca. 4,5 - 5 V, og lysbuespændingen er det dobbelte (9 - 10 V). Det er nødvendigt at bruge energi på udgangen af en elektron fra metalatomet i en elektrode og på ioniseringen af atomet i den anden elektrode. Processen fører til dannelsen af et plasma mellem elektroderne og afbrændingen af en bue (til sammenligning: minimumsspændingen for dannelsen af en gnistutladning overstiger lidt elektronudgangspotentialet - op til 6 V).
For at starte et nedbrud ved den tilgængelige spænding bringes elektroderne tættere på hinanden. Under et sammenbrud opstår der sædvanligvis en gnistutladning mellem elektroderne , hvilket pulslukker det elektriske kredsløb . Elektroner i gnistutladninger ioniserer molekyler i luftgabet mellem elektroderne. Med tilstrækkelig effekt af spændingskilden i luftgabet dannes en tilstrækkelig mængde plasma til et betydeligt fald i gennembrudsspændingen eller modstanden af luftgabet. I dette tilfælde bliver gnistutladninger til en bueudladning - en plasmaledning mellem elektroderne, som er en plasmatunnel . Den resulterende lysbue er i virkeligheden en leder og lukker det elektriske kredsløb mellem elektroderne. Som et resultat stiger den gennemsnitlige strøm endnu mere og opvarmer lysbuen til 5000-50000 K. I dette tilfælde anses det for, at tændingen af lysbuen er afsluttet. Efter antændelse sikres stabil lysbuebrænding ved termionisk emission fra katoden opvarmet af strøm og ionbombardement.
Efter tænding kan lysbuen forblive stabil, når de elektriske kontakter er adskilt op til en vis afstand.
Interaktionen mellem elektroder og lysbueplasma fører til deres opvarmning, delvis smeltning, fordampning, oxidation og andre typer korrosion.
Den elektriske lysbue består af katode- og anodeområder, buesøjle, overgangsområder. Tykkelsen af anodeområdet er 0,001 mm, og tykkelsen af katodeområdet er ca. 0,0001 mm.
Temperaturen i anodeområdet under forbrugselektrodesvejsning er omkring 2500 ... 4000 ° C, temperaturen i buesøjlen er fra 7.000 til 18.000 ° C, i katodeområdet - 9.000 - 12.000 ° C.
Buesøjlen er elektrisk neutral. I enhver af dens sektioner er der det samme antal ladede partikler med modsatte fortegn. Spændingsfaldet i buesøjlen er proportional med dens længde [1] .
Svejsebuer er klassificeret efter:
Den elektriske lysbue, som en kraftig og koncentreret varmekilde , bruges til lysbuesvejsning og plasmaskæring af metaller, til stålsmeltning i lysbueovne og initiering af sprængstoffer i elektriske detonatorer . Lysbuen kan også bruges til at opvarme arbejdsvæsken i elektriske raketmotorer .
Den kombinerede effekt af opvarmning fra lysbuen og stødbølger som følge af sammenbrud af lysbuekanalen bruges i elektrisk udladningsbearbejdning . Volumetriske pulsationer af plasmakanalen i en højfrekvent bue bruges til lydgengivelse i ionofoner .
Den lyse stråling af buen bruges til belysning. Arc var de første serielle kilder til elektrisk lys - Yablochkov stearinlys . Kraftige lyskilder baseret på en elektrisk lysbue - lysbue elektriske lamper - har fået en vis fordeling . Afhængigt af sammensætningen af det medium, hvori lysbuen brænder, kan sådanne lamper enten være direkte stråling ( xenonbuelampe , kulbuelampe , natriumgasudladningslampe ) eller indirekte ved hjælp af fosfor - en kviksølvgasudladningslampe .
Indflydelsen på plasmasammensætningen af lysbuen af elektrodematerialet bruges i vakuumbuebelægning og i spektroskopi , for eksempel i ståloskoper , for at opnå emissionsspektret for prøven under undersøgelse.
Funktioner i lysbuetændingens fysik (behovet for en katodeplet) bruges i kviksølvensrettere .
Nogle gange bruges egenskaben af den ikke-lineære strøm-spændingskarakteristik af lysbuen (se feltslukningsmaskine , afledere ).
I en række enheder er fænomenet en elektrisk lysbue skadeligt. Disse er først og fremmest kontaktafbryderanordninger, der bruges i strømforsyning og elektrisk drev: højspændingsafbrydere , automatiske afbrydere , kontaktorer , sektionsisolatorer på kontaktnetværket af elektrificerede jernbaner og bymæssig elektrisk transport. Når belastningerne afbrydes af ovennævnte enheder, opstår der en lysbue mellem brudkontakterne.
Mekanismen for forekomsten af en bue i dette tilfælde er som følger:
For minimal beskadigelse af kontakterne er det nødvendigt at slukke lysbuen på minimum tid og gøre alt for at forhindre, at lysbuen er på ét sted (når lysbuen bevæger sig, vil den frigivne varme i den blive jævnt fordelt over kontaktlegemet ).
For at opfylde ovenstående krav anvendes følgende lysbuedæmpningsmetoder:
Den elektriske lysbue skaber stærk stråling i en lang række bølger. Ved afbrænding i luft falder omkring 70 % af strålingsenergien på ultraviolet , 15 % på synlig stråling og 15 % på infrarød [2] . Eksponering for øjnene kan resultere i elektroftalmi , og eksponering for huden kan resultere i forbrændinger . For at beskytte øjne og ansigt bruger svejsere specielle svejsemasker med et mørkt filter . For at beskytte kroppen - varmebestandige overalls .
I betragtning af at lysbueudladningen i det væsentlige er en åben leder, vil den direkte påvirkning af lysbuen på en person føre til elektrisk skade .
| Svejsning | |
|---|---|
| Terminologi | |
| Elektrisk lysbue | |
| tryksvejsning | |
| kontaktsvejsning | |
| Andre typer svejsning | |
| Metal svejsning | |
| Svejsning af ikke-metaller | |
| Udstyr og grej | |
| Faglige organisationer | |
| Professionelle udgaver | |
| Erhvervssygdomme | |