ДУГОВОЙ РАЗРЯД

ДУГОВОЙ РАЗРЯД, один из типов стационарного электрического разряда в газах. Впервые наблюдался между двумя угольными электродами в воздухе в 1802 В. В. Петровым и независимо в 1808-09 Г. Дэви. Светящийся токовый канал этого разряда был дугообразно изогнут, что и обусловило название Д. р. Формированию Д. р. предшествует короткий нестационарный процесс в пространстве между электродами - разрядном промежутке. Длительность этого процесса (время установления Д. р.) обычно ~10-6-10-4сек в зависимости от давления и рода газа, длины разрядного промежутка, состояния поверхностей электродов и т. д. Д. р. получают, ионизуя газ в разрядном промежутке (напр., с помощью вспомогательного, т. н. поджигающего электрода). В др. случаях для получения Д. р. разогревают один или оба электрода до высокой темп-ры либо раздвигают сомкнутые на короткое время электроды. Д. р. может также возникнуть в результате пробоя электрического разрядного промежутка при кратковременном резком повышении напряжения между электродами. Если пробой происходит при давлении газа, близком к атмосферному, то нестационарным процессом, предшествующим Д. р., является искровой разряд.

Типичные параметры Д. р. Для Д. р. характерно чрезвычайное разнообразие принимаемых им форм: он может возникать практически при любом давлении газа - от менее 10-5 мм рт. ст. до сотен атм; разность потенциалов между электродами Д. р. может принимать значения от неск. вольт до неск. тысяч вольт (высоковольтный Д. р.). Д. р. может протекать не только при постоянном, но и при переменном напряжении между электродами. Однако полупериод переменного напряжения обычно намного больше времени установления Д. р., что позволяет рассматривать каждый электрод в течение одного полупериода как катод, а в следующем полу периоде -как анод. Отличит. особенностями всех форм Д. р. (тесно связанными с характером эмиссии электронов из катода в этом типе разряда) являются малая величина катодного падения и высокая плотность тока на катоде. Катодное падение в Д. р. обычно порядка ионизационного потенциала рабочего газа или ещё ниже (1-10в); плотность тока на катоде составляет 102-107а/см2. При столь большой плотности тока сила тока в Д. р. обычно также велика - порядка 1-10 а и выше, а в нек-рых формах Д. р. достигает многих сотен и тысяч ампер. Однако существуют и Д. р. с малой силой тока (напр., Д. р. с ртутным катодом может гореть при токах 0,1 а и ниже).

Электронная эмиссия в Д. р. Коренное отличие Д. р. от др. типов стационарного электрич. разряда в газе заключается в характере элементарных процессов, происходящих на катоде и в при-катодной области. Если в тлеющем разряде и отрицательном коронном разряде имеет место вторичная электронная эмиссия, то в Д. р. электроны вылетают из катода в процессах термоэлектронной эмиссии и автоэлектронной эмиссии (наз. также туннельной эмиссией). Когда в Д. р. происходит только первый из этих процессов, его наз. термоэмиссионным. Интенсивность термоэмиссии определяется темп-рой катода; поэтому для существования термоэмиссионного Д. р. необходимо, чтобы катод или отдельные его участки были разогреты до высокой температуры. Такой разогрев осуществляют, подключая катод к вспомогательному источнику энергии (Д. р. с внешним накалом; Д. р. с искусственным подогревом). Термоэмиссионный Д. р. возникает и в том случае, когда температуру катода в достаточной степени повышают удары положит. ионов, образующихся в разрядном промежутке и ускоряемых электрич. полем по направлению к катоду. Однако чаще при Д. р. без искусств. подогрева интенсивность термоэлектронной эмиссии слишком мала для поддержания разряда, и значит. роль играет процесс автоэлектронной эмиссии. Сочетание этих двух видов эмиссии носит название термоавтоэмиссии. Автоэлектронная эмиссия из катода требует существования у его поверхности сильного электрич. поля. Такое поле в Д. р. создаётся объёмным зарядом положит. ионов, удалённым от катода на расстояние порядка длины свободного пробега этих ионов (10-6-10-4см). Расчёты показывают, что автоэлектронная эмиссия не может самостоятельно поддерживать Д. р. и всегда в той или иной степени сопровождается термоэлектронной эмиссией. Вследствие сложности исследования процессов в тонком прикатод-ном слое при высоких плотностях тока экспериментальных данных о роли автоэлектронной эмиссии в Д. р. накоплено ещё недостаточно. Теоретический же анализ пока не может удовлетворительно объяснить все явления, наблюдаемые в различных формах Д. р.

Связь между характеристиками Д. р. и процессами эмиссии. Слой, в к-ром возникает электрич. поле, вызывающее автоэлектронную эмиссию, настолько тонок, что не создаёт большого падения разности потенциалов у катода. Однако для того чтобы это поле было достаточно сильным, плотность объёмного заряда ионов у катода, а следовательно, и плотность ионного тока должны быть велики. Термоэлектронная эмиссия также может происходить при малой кинетич. энергии ионов у катода (т. е. при малом катодном падении), но требует в этих условиях высокой плотности тока - катод нагревается тем сильнее, чем больше число бомбардирующих его ионов. Т. о., отличит. черты Д. р. (малое катодное падение и высокая плотность тока) обусловлены характером прикатодных процессов.

Плазма Д. р. Разрядный промежуток Д. р. заполняет плазма, состоящая из электронов, ионов, нейтральных и возбуждённых атомов и молекул рабочего газа и вещества электродов. Средние энергии частиц различного сорта в плазме Д. р. могут быть разными. Поэтому, говоря о темп-ре Д. р., различают ионную темп-ру, электронную темп-ру и темп-ру нейтральной компоненты. В случае равенства этих температур плазму наз. изотермической.

Несамостоятельный Д. р. Несамостоят. наз. Д. р. с искусств, подогревом катода, поскольку поддержание такого разряда нельзя осуществить за счёт его собственной энергии: при выключении внешнего источника накала он гаснет. Разряд легко зажигается без вспомогат. поджигающих электродов. Повышение напряжения такого Д. р. вначале усиливает его ток до величины, определяемой интенсивностью термоэлектронной эмиссии из катода при данной темп-ре накала. Затем вплоть до нек-рого критич. напряжения ток остаётся почти постоянным (т. н. свободный режим). Когда напряжение превышает критическое, характер эмиссии из катода меняется: существенную роль в ней начинают играть фотоэффект и вторичная электронная эмиссия (энергия положит, ионов становится достаточной для выбивания электронов из катода). Это приводит к резкому возрастанию тока разряда - он переходит в несвободный режим.

При определённых условиях Д. р. с искусств. подогревом продолжает устойчиво гореть, когда напряжение между электродами понижают до значений, меньших не только ионизационного потенциала рабочего газа, но н наименьшего его потенциала возбуждения. Эту форму Д. р. наз. низковольтной дугой. Её существование обусловлено возникновением вблизи катода максимума потенциала, превышающего потенциал анода и близкого к первому потенциалу возбуждения газа, вследствие чего становится возможной ступенчатая ионизация (см. Ионизация).

Самостоятельный Д. р. Поддержание такого Д. р. осуществляется за счёт энергии самого разряда. На тугоплавких катодах (вольфрам, молибден, графит) самостоят. Д. р. носит чисто термоэмиссионный характер - бомбардировка положит, ионами нагревает катод до очень высокой темп-ры. Вещество легкоплавкого катода интенсивно испаряется при Д. р.; испарение охлаждает катод, и его темп-pa не достигает значений, при к-рых разряд может поддерживаться одной термоэлектронной эмиссией -наряду с ней происходит автоэлектронная эмиссия.

Самостоят. Д. р. может существовать как при крайне малых давлениях газа (т. н. вакуумные дуги), так и при высоких давлениях. Плазму самостоят. Д. р. низкого давления отличает неизотермич-ность: ионная темп-pa лишь ненамного превышает темп-ру нейтрального газа в пространстве, окружающем область разряда, в то время как электронная темп-pa достигает десятков тысяч градусов, а в узких трубках и при больших токах - сотен тысяч. Объясняется это тем, что более подвижные электроны, получая энергию от электрич. поля, не успевают передать её тяжёлым частицам в редких столкновениях.

В Д. р. высокого давления плазма изотермична (точнее - квазиизотермична, т. к., хотя темп-ры всех компонент равны, темп-pa в разных участках столба Д. р. не одинакова). Эта форма Д. р. характеризуется значительной силой тока (от 10 до 103 а) и высокой темп-рой плазмы (порядка 104 К). Наибольшие темп-ры в таком Д. р. достигаются при охлаждении дуги потоком жидкости или газа - токовый канал "охлаждаемой дуги" становится тоньше и при той же величине тока нагревается сильнее. Именно эту форму Д. р. наз. электрической дугой - под действием направленных извне или конвекционных, вызванных самим разрядом, потоков газа токовый канал Д. р. изгибается.

Катодные пятна. Самостоят. Д. р. на легкоплавких катодах отличает то, что-термоавтоэмиссия электронов происходит в нём лишь с небольших участков катода - т. н. катодных пятен. Малые размеры этих пятен (менее 10-2 см) обусловлены пинч-эффектом - стягиванием токового канала его собственным магнитным полем. Плотность тока в катодном пятне зависит от материала катода и может достигать десятков тысяч а/см2. Поэтому в Катодных пятнах происходит Интенсивная эрозия - из них вылетают струи паров вещества катода со скоростью порядка 106 см/сек. Катодные пятна образуются и при Д. р. на тугоплавких катодах, если давление рабочего газа меньше примерно 102мм рт. ст. При более высоких давлениях термоавтоэмиссионный Д. р. с хаотически перемещающимися по катоду катодными пятнами переходит в термоэмиссионный Д. р. без катодного пятна.

Применения Д. р. Д. р. широко применяется в дуговых печах для выплавки металлов, в газоразрядных источниках света, при электросварке, служит источником плазмы в плазматронах. Различные формы Д. р. возникают в газонаполненных и вакуумных преобразователях электрич. тока (ртутных выпрямителях тока, газовых и вакуумных выключателях электрических и т. п.). Д- Р- с искусственным подогревом катода используется в люминесцентных лампах, газотронах, тиратронах, ионных источниках и источниках электронных пучков.

Лит.: Электрический ток в газе. Установившийся ток, М., 1971; Кесаев И. Г., Катодные процессы электрической дуги, М., 1968; Финкельнбург В., Меккер Г., Электрические дуги и термическая плазма, пер. с нем., М., 1961; Энгель А., Ионизованные газы, пер. с англ., М., 1959; Капцов Н. А., Электрические явления в газах и вакууме, М.- Л., 1947.

А. К. Мусин.




Смотреть больше слов в «Большой советской энциклопедии»

ДУГОГАСЙТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО →← ДУГОВОЙ ГЕНЕРАТОР

Смотреть что такое ДУГОВОЙ РАЗРЯД в других словарях:

ДУГОВОЙ РАЗРЯД

        один из типов стационарного электрического разряда в газах (См. Электрический разряд в газах). Впервые наблюдался между двумя угольными электро... смотреть

ДУГОВОЙ РАЗРЯД

самостоятельный квазистационарный электрический разряд в газе, горящий практически при любых давлениях газа, превышающих 10-2—10 -4 мм рт. ст.,... смотреть

ДУГОВОЙ РАЗРЯД

один из типов стационарного электрического разряда в газе, характеризующийся большой плотностью тока и малым падением напряжения (сравнимым с потенциал... смотреть

ДУГОВОЙ РАЗРЯД

электрич. разряд в газах, горящий практически при любых давлениях газа, превышающих 10-2-10-3 мм рт. ст.; характеризуется большой плотностью тока на ка... смотреть

ДУГОВОЙ РАЗРЯД

ДУГОВОЙ РАЗРЯД, электрический разряд в газах, характеризуемый большой плотностью тока и малым падением потенциала вблизи катода. Поддерживается термоэлектронной эмиссией или автоэлектронной эмиссией с катода. Температура газа в канале дугового разряда при атмосферном давлении достигает 5000-7000 К, что позволяет использовать его для сварки металлов и в качестве нагревательного устройства.<br><br><br>... смотреть

ДУГОВОЙ РАЗРЯД

ДУГОВОЙ разряд - электрический разряд в газах, характеризуемый большой плотностью тока и малым падением потенциала вблизи катода. Поддерживается термоэлектронной эмиссией или автоэлектронной эмиссией с катода. Температура газа в канале дугового разряда при атмосферном давлении достигает 5000-7000 К, что позволяет использовать его для сварки металлов и в качестве нагревательного устройства.<br>... смотреть

ДУГОВОЙ РАЗРЯД

ДУГОВОЙ РАЗРЯД , электрический разряд в газах, характеризуемый большой плотностью тока и малым падением потенциала вблизи катода. Поддерживается термоэлектронной эмиссией или автоэлектронной эмиссией с катода. Температура газа в канале дугового разряда при атмосферном давлении достигает 5000-7000 К, что позволяет использовать его для сварки металлов и в качестве нагревательного устройства.... смотреть

ДУГОВОЙ РАЗРЯД

ДУГОВОЙ РАЗРЯД, электрический разряд в газах, характеризуемый большой плотностью тока и малым падением потенциала вблизи катода. Поддерживается термоэлектронной эмиссией или автоэлектронной эмиссией с катода. Температура газа в канале дугового разряда при атмосферном давлении достигает 5000-7000 К, что позволяет использовать его для сварки металлов и в качестве нагревательного устройства.... смотреть

ДУГОВОЙ РАЗРЯД

voltaic arc, arc, arc-over, arc discharge, flash эл.* * *arc discharge

ДУГОВОЙ РАЗРЯД

(напр., между контактами) Lichtbogenentladung

ДУГОВОЙ РАЗРЯД

Bogenentladung, Lichtbogenentladung

ДУГОВОЙ РАЗРЯД

arc, arc discharge, electric arc

ДУГОВОЙ РАЗРЯД

electric arc, voltaic arc, arc discharge

ДУГОВОЙ РАЗРЯД

дугови́й розря́д

ДУГОВОЙ РАЗРЯД

• obloukový výboj

T: 211