Електрични лук и његове карактеристике

Електрични лук — пролаз електричне енергије кроз гас између две електроде од којих је једна извор електрона (катода). Електрода је жица која се завршава у било ком делу електричног кола.

Електрони који се емитују са катоде у великим количинама изазивају јаку јонизацију гаса између електрода и тако омогућавају да велика струја тече између електрода.

Карактеристична карактеристика електричног лука, за разлику од конвенционалног гасног пражњења, је да може да гори на ниском напону.

Електрични лук је открио физичар из Санкт Петербурга В. В. Петров 1802. и нашао значајну примену у техници.

Електрични лук је врста пражњења коју карактерише велика густина струје, висока температура, повишен притисак гаса и низак пад напона у лучном процепу. У овом случају се одвија интензивно загревање електрода (контакта) на којима се формирају тзв. Катодне и анодне мрље. Катодни сјај је концентрисан у малој светлој тачки, ужарени део супротне електроде формира анодну тачку.

У дуги се могу приметити три области које се веома разликују по природи процеса који се у њима одвијају. Директно на негативну електроду (катоду) лука налази се регион пада напона катоде. Следеће је буре са плазма луком. Директно до позитивне електроде (аноде) налази се анодни регион пада напона. Ови региони су шематски приказани на Сл. 1.

Пиринач. 1. Структура електричног лука

Величине катодног и анодног подручја пада напона на слици су знатно преувеличане. У стварности, њихова дужина је веома мала.На пример, дужина катодног пада напона је реда путање слободног кретања електрона (мање од 1 микрона). Дужина региона пада напона аноде је обично нешто већа од ове вредности.

У нормалним условима, ваздух је добар изолатор. Дакле, напон потребан за прекид ваздушног јаза од 1 цм је 30 кВ. Да би ваздушни јаз постао проводник, потребно је у њему створити одређену концентрацију наелектрисаних честица (електрона и јона).

Како настаје електрични лук

Електрични лук, који је ток наелектрисаних честица, у почетном тренутку раздвајања контакта настаје као резултат присуства слободних електрона у гасу лучног процепа и електрона емитованих са површине катоде. Слободни електрони у процепу између контаката крећу се великом брзином у правцу од катоде ка аноди под дејством сила електричног поља.

Јачина поља на почетку контактног јаза може да достигне неколико хиљада киловолти по центиметру.Под дејством сила овог поља, електрони се извлаче са површине катоде и крећу до аноде, избијајући електроне са ње, који формирају електронски облак. Овако створен почетни ток електрона даље формира интензивну јонизацију лучног процепа.

Упоредо са процесима јонизације, процеси дејонизације се одвијају паралелно и непрекидно у луку. Процеси дејонизације се састоје у томе што када се два јона различитих знакова или позитиван јон и електрон приближе један другом, они се привлаче и, сударајући се, неутралишу, осим тога, наелектрисане честице се крећу из горуће зоне душа са више. - висока концентрација наелектрисања у околини са мањом концентрацијом наелектрисања. Сви ови фактори доводе до смањења температуре лука, до његовог хлађења и нестанка.

Пиринач. 2. Електрични лук

Лук након паљења

У стационарном режиму сагоревања процеси јонизације и дејонизације су у равнотежи.Лучни лук са једнаком количином слободних позитивних и негативних наелектрисања карактерише висок степен јонизације гаса.

Супстанца чији је степен јонизације близак јединици, тј. у којој нема неутралних атома и молекула назива се плазма.

Електрични лук карактеришу следеће карактеристике:

1. Јасно дефинисана граница између лучног окна и околине.

2. Висока температура унутар лучног бурета, достижући 6000 - 25000К.

3. Висока густина струје и лучна цев (100 — 1000 А / мм2).

4. Мале вредности анодног и катодног пада напона и практично не зависе од струје (10 — 20 В).

Струјно-напонска карактеристика електричног лука

Главна карактеристика ДЦ лука је зависност напона лука од струје, која се назива струјно-напонска (ВАЦ) карактеристика.

Лук настаје између контаката при одређеном напону (сл. 3), који се назива напон паљења Уз и у зависности од растојања између контаката, температуре и притиска средине и брзине раздвајања контакта. Напон гашења лука Уг увек мањи напон У3.

Пиринач. 3. Струјно-напонска карактеристика једносмерног лука (а) и његовог еквивалентног кола (б)

Крива 1 је статичка карактеристика лука, тј. добијен полаганим мењањем струје. Карактеристика има падајући карактер. Како се струја повећава, напон лука се смањује. То значи да се отпор лучног размака брже смањује како се струја повећава.

Ако се при једној или другој брзини струја у луку смањи са И1 на нулу и истовремено фиксира пад напона дуж лука, добиће се криве 2 и 3. Ове криве се називају динамичким карактеристикама.

Што се струја брже смањује, то ће бити ниже динамичке И — В карактеристике. То је због чињенице да са смањењем струје, такви параметри лука као што су попречни пресек цеви, температура, немају времена да се брзо промене и добију вредности које одговарају нижој вредности струје у стабилно стање.

Пад напона процепа лука:

Уд = Усц + ЕдИд,

где је Ус = Удо + Уа — пад напона у близини електроде, Ед — уздужни градијент напона у луку, ИД — дужина лука.

Из формуле следи да како се дужина лука повећава, пад напона на луку ће се повећати и И — В карактеристика ће се налазити више.

Баве се стварањем лука у пројектовању електричних склопних уређаја. Особине електричног лука се користе у инсталације за електролучно заваривање а у лучне пећи за топљење.