Електрическа дъга

Електрическа дъга между два пирона

Eлектрическата дъга (също волтова дъга или дъгов разряд) е физическо явление, един от видовете електрически разряд в газове. Наблюдава се при прекъсване на електрически вериги, когато стойността на тока и напрежението надхвърлят определени стойности в зависимост от работната среда.[1] Дъгата е продължителен разряд, докато електрическата искра е моментен разряд. Протичащият ток през непроводима среда (напр. въздух) създава плазма, която може да породи светлина.

История

Мълнията представлява естествена електрическа дъга

Смята се, че феноменът за пръв път е описан от сър Хъмфри Дейви в документ от 1801 г., публикуван във „Вестник за естествена философия, химия и изкуства“.[2] Все пак описанието на Дейви не е точно електрическа дъга според съвременната наука, ами искра, тъй като електрическата дъга трябва да е продължителна и електродите да не се допират, след като започне веднъж. Искрата, предизвикана от Хъмфри Дейви, не е продължителна, и въпреки че въглеродните пръчки остават горещи до червено след контакта, възможно е да не е имало електрическа дъга, която да ги свързва.[3] Същата година Дейви демонстрира публично ефекта пред Кралското дружество, като пуска ток през две докоснати въглеродни пръчки и след това ги отдалечава на малко разстояние. Демонстрацията произвежда слаба дъга, все още неразличима от продължителна искра между въглени. Кралското дружество предоставят по-мощна батерия с 1000 плочи и през 1808 г. Дейви демонстрира електрическа дъга в голям мащаб.[4] Той също дава името „дъга“ на феномена.[5] Нарича го така, защото приема формата на дъга, когато разстоянието между електродите е по-голямо.[6] Това се дължи на плаващата сила върху горещия газ.

Първата продължителна дъга е открита независимо през 1802 г. и описана през 1803 г.[7] като „специален флуид с електрически свойства“ от Василий Петров, руски учен, който експериментирал с медно-цинкова батерия от 4200 плочи.[8]

Към края на XIX век осветлението чрез електрическа дъга намира широко приложение като градско осветление. Склонността на електрическите дъги към премигване и свистене било голям проблем. През 1895 г. Хърта Еъртън написва ред статии, обясняващи феномена като резултат от взаимодействието на кислорода с въглеродните пръчки. През 1899 г. тя става първата жена, която прочита свой труд пред IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Трудът ѝ се нарича „Свистенето на електрическата дъга“. Малко след това Еъртън е избрана за първата жена член на IEEE. Пуска петиция, за да представи труда си пред Кралското дружество, но не ѝ е позволено заради пола.[9]

Общ преглед

Създаване на дъга с искров разрядник
Електрически дъги на влак от Лондонското метро

Електрическата дъга е вид електрически разряд с изключително висока плътност на тока. Максималният ток на дъгата е ограничен единствено от външната верига, а не от самата дъга.

Дъга между два електрода в газова среда може да бъде предизвикана чрез йонизация и тлеещ разряд, докато токът през електродите е увеличаван. Пробивното напрежение на празнината между електродите е функция на налягането, разстоянието между електродите и вида газ около електродите. При започването на дъгата междуелектродното напрежение е много по-малко от тлеещия разряд, но токът е по-голям. Дъгата в газове под налягане, което е близко до атмосферното, се характеризира с излъчване на светлина, висока плътност на тока и много висока температура (до 20 000 K).[1] Във вакуум също може да възникне електрическа дъга, в случай че противното напрежение бъде превишено многократно.

При тлеещия разряд йоните имат много по-малка топлинна енергия от електроните. Дъга може да бъде започната и от два електрода, които първоначално се допират, а след това се раздалечават – това дава началото на дъга без високоволтов тлеещ разряд. По този начин заварчиците започват заваряващите работи. Друг пример е разединяването на електрическия контакт при ключове, релета и прекъсвачи. При високоенергийни вериги може да се наложи дъгогасене, за да се предотвратят повреди на контактите.[10]

Електрическото съпротивление в продължителната електрическа дъга създава топлина, която йонизира още газови молекули. Газът постепенно се превръща в топлинна плазма. Топлинната плазма се намира в топлинно равновесие, а температурата е относително хомогенна. Енергията, предадена на електрони, се разсейва бързо към тежките частици чрез еластични удари, поради голямата им подвижност и голям брой.

Токът в дъгата се поддържа от термоелектронна и автоелектронна емисия на електрони от катода. Токът може да е концентриран в много малка и гореща точка на катода. Срещат се плътности на тока от порядъка на милион ампера на квадратен сантиметър. За разлика от тлеещия разряд, дъгата има слабо видима структура, тъй като положителната колона е изключително ярка и се простира от единия електрод до другия. Падът на напрежението от няколко волта при катода и анода се случва по повърхността на всеки електрод. Положителната колона има по-нисък градиент на напрежението и може да отсъства при много къси дъги.[10] Електрическата дъга се различава от тлеещия разряд в това, че плътността на тока е много висока, а падът на напрежението в дъгата е нисък – при катода плътността на тока може да достигне 1 MA/cm².[11]

Променливотокова дъга с ниска честота (по-малка от 100 Hz) наподобява постояннотокова дъга. При всеки период дъгата се възпроизвежда, а електродите си сменят ролите на анод и катод, като токът променя посоката си. С нарастването на честотата на тока намалява времето за разпръсване на йонизацията на всеки полупериод.[10]

Електрическа дъга между жичките на проводник (при висока честота)

Различните форми на електрически дъги са свойства на нелинейни модели на тока и електрическото поле. Дъга може да се получи в постояннотокови или променливотокови вериги. В последния случай дъгата може да се появява постоянно на всеки полупериод на тока.[10]

Електрическата дъга се характеризира с нелинейна зависимост между тока и напрежението. След като се получи дъга, повишеният ток води до ниско напрежение между терминалите на дъгата. Този ефект на отрицателно съпротивление изисква някаква форма положителен импеданс да бъде включен във веригата, за да се поддържа стабилна дъгата. Това свойство е причината неконтролираните електрически дъги в апаратите да бъдат толкова унищожителни, тъй като веднъж започнала, дъгата ще черпи все повече и повече ток от захранване с фиксирано напрежение, докато апаратът не се унищожи.

Приложение

В промишлеността електрическите дъги се използва за заваряване, плазмено рязане и др., като дъгова лампа във филмовите прожектори и за театрално осветление. Електросъпротивителните пещи се използват при производството на стомана и други вещества. Калциевият карбид се получава по този начин, тъй като изисква голямо количество енергия, за да се предизвика ендотермична реакция (при температури от 2500 °C).

Запалителни свещи, които се използват при двигателите с вътрешно горене на превозните средства, за да се започне възпламеняване на горивото достатъчно бързо.

Искрови терминали се използват при електрическите запалки за печки (вътрешни и външни).

Въглеродните дъгови лампи са първите електрически лампи. Използват се за улично осветление през XIX век и в специални случаи, например въздушните прожектори до Втората световна война. В днешно време електрическите дъги под ниско налягане се използват на много места. Луминесцентни, живачни, натриеви и метало-халогенни лампи се използват за осветление. Ксенонови дъгови лампи се използват за филмови прожектори.

Образуването на интензивна електрическа дъга стои в основата на някои взривни детонатори.

Дъги възникват в силовите прекъсвачи за високоволтови електропреносни мрежи. Съвременните уреди използват серен хексафлуорид (SF6) под високо налягане в дюзи, разположени между електродите в съд по налягане. Аварийният променлив ток бива спиран от високата електронегативност на йоните SF6, които абсорбират свободните електрони от разпадащата се плазма.

Електрическите дъги са били обект на изследване за електрическа йонна тяга при космическите кораби.[12]

Нежелани дъги

Щети върху щепсел, вследствие на електрическа дъга

Нежеланите или непредвидените електрически дъги могат да имат пагубен ефект върху преноса на електроенергия, електроразпределението и електронното оборудване. Апаратите, които могат да предизвикат дъга, включват прекъсвачи, ключове, релета, предпазители и лошо свързани проводници. Когато индуктивна верига се изключи, токът не може моментално да падне до нула – временна дъга се образува между отделените контакти. Превключващите устройства, податливи на електрически дъги, обикновено се проектират така, че да издържат и гасят дъгите. Ако във веригата има достатъчно ток и напрежение, за да се поддържа електрическа дъга, образувана извън превключващо устройство, тя може да повреди оборудването, като разтопи проводниците, разруши изолацията и причини пожар. Дъгата е електрическо явление, което застрашава както апаратурата, така и хората.[1]

Дъга може да се появи и тогава, когато път с ниско съпротивление (чужд обект, проводим прах, влага и др.) се образува между точки с голяма разлика в напреженията. Проводимият канал може да улесни формирането на електрическа дъга. Йонизираният въздух има висока електрическа проводимост, доближаваща се до тази на металите, и може да провежда много високи токове, причинявайки късо съединение и да задейства защитни устройства (предпазители и прекъсвачи). Подобна ситуация може да възникне, когато електрическа крушка изгори и парченца от жичката породят дъга между жилата в крушката, което води до нарастване на тока и задействане на предпазителя.

Дъгата може да разгражда пластмасови повърхности. В дъгата се образува проводим път, богат на въглерод, който въздейства негативно на изолационните им свойства. Податливостта на материалите към образуване на дъга се измерва в секунди, които са нужни, за да се образува високоволтова дъга. Някои материали са по-малко податливи към образуване на дъга от други. Например тефлонът има устойчивост към електрическа дъга от около 200 секунди. От дуропластите, алкидите и меламиновите смоли са по-устойчиви, отколкото фенолните смоли. Полиетиленът има устойчивост към дъги от около 150 секунди. Полистиренът и поливинилхлоридът имат ниска устойчивост от около 70 секунди. Пластмасите могат да се изработват така, че да излъчват газове с дъгогасителни свойства (дъгогасителни пластмаси).[13]

Появяването на дъга в някои печатни платки (поради наличие на пукнатини или остатъци от запояване) превръща засегнатия изолиращ слой в проводим такъв, тъй като диелектрикът се възпламенява поради високата температура. Такава проводимост удължава времетраенето на дъгата.

Дъгогасене

Дъгогасенето цели намаляване на влиянието от електрическа дъга или пълното ѝ отстраняване. Дъгата се изгася частично от приблизително равните ефективни температури на електроните и положителните йони.

Част от енергията на дъгата образува нови химични съединения във въздуха около дъгата, в т.ч. оксиди на азота и озон. Тези химични съединения могат да бъдат произведени от контакти с висока мощност в релета и контактори на двигатели и са корозивни за металните повърхности. Самата дъга също окислява повърхността на контактите, износвайки ги и създавайки голямо преходно съпротивление.[14] Повишеното преходно съпротивление влошава работните характеристики.

Насочване на дъгата

В електрическите апарати това става чрез топлината на дъгата, насочване с магнитни полета и движение на газове.

Дъгогасяща решетка, използвана в автоматичните прекъсвачи

Учените са открили и начин за контролиране на пътя на дъгата между два електрода чрез обстрелване на газа между електродите с лазерни лъчи. Газът, облъчен от лазера, се превръща в плазма и насочва дъгата. Построявайки път на плазмата между електродите с различни лазерни лъчи, дъгата може да бъде оформяна по различни начини. Дъгат, също така може да се удари в препятствие и да се образува отново от другата страна на препятствието. Технологията на лазерното насочване може да е полезна в приложения за доставяне на електрическа искра в точно определена точка.[15][16]

Нежеланите дъги в електрическите контакти, релета и ключове могат да бъдат намалени чрез специални устройства, пригодени за целта. Някои техники за дъгогасене са:[1]

  • потопяване в трансформаторно масло, диелектрически газ или вакуум
  • магнитно обдухване
  • обдухване с компресиран въздух
  • дъгоустойчиви контакти
  • материали, абсорбиращи енергията топлинно или химически

Източници

  1. а б в г A. Alexandrov. Appareils Electriques. Т. I. Avangard Prima, 2014. ISBN 954-323-197-4. с. 71 – 100.
  2. ((en)) The Electric Arc, By Hertha Ayrton, page 94
  3. ((en)) The Electric Arc, By Hertha Ayrton, page 20
  4. Luckiesh, Matthew. Artificial light, its influence upon civilization. New York, Century, 1920. OCLC 1446711. с. 112.
  5. Arc. 3rd. New York, Columbia University Press, 1963.
  6. Davy, Humphry. Elements of Chemical Philosophy. 1812. ISBN 0-217-88947-6. с. 85.
  7. ((en)) Tracking down the origin of arc plasma Science-II. Early continuous discharges, by André ANDERS
  8. Kartsev, V. P. Nature Mathematized. Boston, MA, Kluwer Academic, 1983. ISBN 90-277-1402-9. с. 279.
  9. ((en)) Hertha Ayrton and an embarrassing episode in the history of the Royal Society Архив на оригинала от 2017-08-02 в Wayback Machine.
  10. а б в г Howatson, A.M. An Introduction to Gas Discharges. Oxford, Pergamon Press, 1965. ISBN 0-08-020575-5. с. 47 – 101.
  11. Howatson, A.M. An Introduction to Gas Discharges. Oxford, Pergamon Press, 1965. ISBN 0-08-020575-5. с. 47 – 101.
  12. Robert G. Jahn. Physics of Electric Propulsion. Ню Йорк, Dover Publications Inc., 2006. ISBN 978-0-486-45040-7. с. 117.
  13. Charles A. Harper, Edward M. Petrie. Plastics Materials and Processes: A Concise Encyclopedia. Ню Джърси, John Wiley & Sons Inc., 2003. ISBN 0-471-45603-9. с. 43.
  14. ((en)) Lab & App Notes | Arc Suppression Technologies
  15. ((en)) Laser beams make lightning tunnels
  16. Clerici, Matteo et al. Laser-assisted guiding of electric discharges around objects // Science Advances 1 (5). 1 юни 2015. DOI:10.1126/sciadv.1400111. p. e1400111. (на английски)

Read other articles:

Coordinate: 51°30′11″N 0°07′37″W / 51.503056°N 0.126944°W51.503056; -0.126944 Downing Street Downing Street è una famosa via del centro di Londra in cui si trovano gli edifici che sono, da oltre due secoli, le residenze ufficiali di due fra i più importanti ministri del Regno Unito: il Primo Lord della Tesoreria (un incarico tenuto dal Primo Ministro del Regno Unito) ed il Secondo Lord della Tesoreria (retto dal Cancelliere dello Scacchiere). L'indirizzo più imp...

 

 

You can help expand this article with text translated from the corresponding article in Japanese. (April 2013) Click [show] for important translation instructions. View a machine-translated version of the Japanese article. Machine translation, like DeepL or Google Translate, is a useful starting point for translations, but translators must revise errors as necessary and confirm that the translation is accurate, rather than simply copy-pasting machine-translated text into the English Wiki...

 

 

Supranational central bank in Europe Not to be confused with European Investment Bank, European Bank for Reconstruction and Development, or Council of Europe Development Bank. European Central BankSeat in FrankfurtHeadquartersOstend district, Frankfurt, GermanyCoordinates50°06′32″N 8°42′12″E / 50.1089°N 8.7034°E / 50.1089; 8.7034Established1 June 1998 (25 years ago) (1998-06-01)Governing bodyGoverning CouncilExecutive BoardKey people Christine...

Artikel ini sebatang kara, artinya tidak ada artikel lain yang memiliki pranala balik ke halaman ini.Bantulah menambah pranala ke artikel ini dari artikel yang berhubungan atau coba peralatan pencari pranala.Tag ini diberikan pada November 2022. Empat ilmuwan nuklir Iran—Masoud Alimohammadi, Majid Shahriari, Darioush Rezaeinejad dan Mostafa Ahmadi Roshan—dibunuh antara 2010 dan 2012, dan satu ilmuwan lainnya terluka dalam sebuah upaya pembunuhan.[1][2] Dua diantaranya dibu...

 

 

Artikel ini sebatang kara, artinya tidak ada artikel lain yang memiliki pranala balik ke halaman ini.Bantulah menambah pranala ke artikel ini dari artikel yang berhubungan atau coba peralatan pencari pranala.Tag ini diberikan pada September 2015. Collin McPheeCollin McPhee tahun 1935Komposer, PenulisLahir15 February 1900 Montreal, Quebec, CanadaMeninggal7 January 7 1964 Los Angeles, California Collin McPhee adalah seorang komposer, pianis, dan penulis berkebangsaan Kanada.[1] Collin M...

 

 

Coppa dell'Unione Sovietica 1951Kubok SSSR 1951 Competizione Kubok SSSR Sport Calcio Edizione 12ª Organizzatore FFSSSR Date dal 12 agosto 1951al 17 ottobre 1951 Luogo  Unione Sovietica Partecipanti 51 Formula turni ad eliminazione diretta Risultati Vincitore  CDSA Mosca(3º titolo) Secondo Città di Kalinin Semi-finalisti  VVS Mosca Šachtyor Stalino Statistiche Incontri disputati 52 Gol segnati 202 (3,88 per incontro) Cronologia della competizione 1950 1952...

San Salvatore Monferrato commune di Italia Tempat Negara berdaulatItaliaRegion di ItaliaPiedmontProvinsi di ItaliaProvinsi Alessandria NegaraItalia Ibu kotaSan Salvatore Monferrato PendudukTotal3.998  (2023 )GeografiLuas wilayah31,69 km² [convert: unit tak dikenal]Ketinggian205 m Berbatasan denganAlessandria Lu e Cuccaro Monferrato Mirabello Monferrato Quargnento Valenza Castelletto Monferrato SejarahHari liburpatronal festival Informasi tambahanKode pos15046 Zona waktuUTC+1 UTC+2 ...

 

 

B

  此條目介紹的是拉丁字母中的第2个字母。关于其他用法,请见「B (消歧义)」。   提示:此条目页的主题不是希腊字母Β、西里尔字母В、Б、Ъ、Ь或德语字母ẞ、ß。 BB b(见下)用法書寫系統拉丁字母英文字母ISO基本拉丁字母(英语:ISO basic Latin alphabet)类型全音素文字相关所属語言拉丁语读音方法 [b][p][ɓ](适应变体)Unicode编码U+0042, U+0062字母顺位2数值 2歷史發...

 

 

2016 South Korean television series Uncontrollably FondPromotional posterAlso known asLightly, ArdentlyHangul함부로 애틋하게Revised RomanizationHamburo Aeteutage GenreRomanceMelodramaWritten byLee Kyung-heeDirected byPark Hyun-sukCha Young-hoonStarringKim Woo-binBae SuzyLim Ju-hwanLim Ju-eunOpening themeOnly You by JunggigoCountry of originSouth KoreaOriginal languageKoreanNo. of episodes20ProductionExecutive producerKim Sung-geunProducersKim Min-kyungPark Woo-ram (KBS)Ahn Jae-hyunShin...

This article relies excessively on references to primary sources. Please improve this article by adding secondary or tertiary sources. Find sources: Indian Computing Olympiad – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (March 2010) (Learn how and when to remove this message) The Indian Computing Olympiad is an annual computer programming competition that selects four participants to represent India at the International Olympiad in Informatics. ICO i...

 

 

American sprinter (1943–2020) Larry QuestadPersonal informationBorn(1943-07-10)July 10, 1943Livingston, MontanaDiedOctober 29, 2020(2020-10-29) (aged 77)Boise, Idaho Lawrence Ronald Larry Questad (July 10, 1943 – October 29, 2020) was a track and field athlete from the United States who specialized in sprinting events. College career He was a mediocre football and basketball player, but excelled at track at Park High School in Livingston, Montana. Questad went on to Stanford Univ...

 

 

Questa voce sull'argomento serie televisive d'animazione è solo un abbozzo. Contribuisci a migliorarla secondo le convenzioni di Wikipedia. Segui i suggerimenti del progetto di riferimento. Mighty Magiswordsserie TV d'animazione Logo della serie Lingua orig.inglese PaeseStati Uniti AutoreKyle Carrozza ProduttoreBrent Tanner MusicheKyle Carrozza, Andy Paley StudioCartoon Network Studios EditoreTom Browngardt ReteCartoon Network 1ª TV29 settembre 2016 –&#...

Ця стаття потребує додаткових посилань на джерела для поліпшення її перевірності. Будь ласка, допоможіть удосконалити цю статтю, додавши посилання на надійні (авторитетні) джерела. Зверніться на сторінку обговорення за поясненнями та допоможіть виправити недоліки. Мат...

 

 

Senjata pemusnah massal Menurut jenis Biologi Kimia Nuklir Radiologi Menurut negara Afrika Selatan Amerika Serikat Albania Aljazair Arab Saudi Argentina Australia Belanda Brasil Britania Raya Bulgaria Filipina India Iran Irak Israel Italia Jepang Jerman Kanada Korea Selatan Korea Utara Meksiko Mesir Myanmar Libya Pakistan Polandia Prancis Rhodesia Rumania Rusia Spanyol Swedia Swiss Suriah Taiwan Tiongkok Ukraina Proliferasi Kimia Nuklir Rudal Traktat Daftar traktat Buku Kategorilbs Pada tahun...

 

 

Mountain pass in the Sierra Nevada, California Donner PassPanorama of view to the east in July 2013Elevation7,056 ft (2,151 m)Traversed byCalifornia Trail Lincoln Highway US 40 (until 1964)Overland Route I-80 (Indirectly, See below)LocationNevada County, California, United StatesRangeSierra NevadaCoordinates39°18′52″N 120°19′37″W / 39.31444°N 120.32694°W / 39.31444; -120.32694[1]Location in California Donner Pass is a 7,056-foot-high (2,151...

American economist Robert Tollison1964 yearbook photoBorn1942Spartanburg, South CarolinaDiedOctober 24, 2016NationalityAmericanAcademic careerFieldEconomics, Public ChoiceSchool ortraditionPublic Choice schoolInformation at IDEAS / RePEc Robert D. Tollison (1942–October 24, 2016) was an American economist who specialized in public choice theory. Education A native of Spartanburg, South Carolina, Tollison attended local Wofford College where he earned an A.B. in business admin...

 

 

مرناق تقسيم إداري البلد تونس  [1] التقسيم الأعلى ولاية بن عروس  خصائص جغرافية إحداثيات 36°40′46″N 10°17′31″E / 36.679444444444°N 10.291944444444°E / 36.679444444444; 10.291944444444   الارتفاع 32 متر  السكان التعداد السكاني 61518   معلومات أخرى التوقيت ت ع م+01:00  الموقع الرسمي الموق...

 

 

1929 autobiography by Robert Graves This article is about the autobiography of Robert Graves. For the 2014 film, see Goodbye to All That (film). Good-Bye to All That Cover of the first editionAuthorRobert GravesLanguageEnglishGenreAutobiographyPublisherJonathan CapePublication date19291958 (2nd Edition)Publication placeUnited KingdomMedia typePrint (hardback & paperback)Pages368 (paperback)ISBN0-385-09330-6OCLC21298973Dewey Decimal821/.912 B 20LC ClassPR6013.R35 Z5 1990 Good-Bye...

S-shaped curve For the recurrence relation, see Logistic map. A logistic function or logistic curve is a common S-shaped curve (sigmoid curve) with the equation f ( x ) = L 1 + e − k ( x − x 0 ) {\displaystyle f(x)={\frac {L}{1+e^{-k(x-x_{0})}}}} where L {\displaystyle L} is the carrying capacity, the supremum of the values of the function; k {\displaystyle k} is the logistic growth rate, the steepness of the curve; and x 0 {\displaystyle x_{0}} is the x {\displaystyle x} value ...

 

 

American bobsledder Curt TomaseviczTomasevicz at 2010 Winter OlympicsPersonal informationFull nameCurtis TomaseviczBornSeptember 17, 1980 (1980-09-17) (age 44)Height6 ft 1 in (1.85 m) Medal record Men's bobsleigh Representing the  United States Olympic Games 2010 Vancouver Four-man 2014 Sochi Four-man World Championships 2009 Lake Placid Four-man 2012 Lake Placid Four-man 2013 St. Moritz Mixed team 2007 St. Moritz Mixed team 2008 Altenberg Mixed team 2009 La...