Дуговой разряд — это… Что такое Дуговой разряд?



Дуговой разряд

Электрическая дуга в воздухе

Электрическая дуга — физическое явление, один из видов электрического разряда в газе. Синонимы: Вольтова дуга, Дуговой разряд.

Впервые была описана в 1802 году русским ученым В. В. Петровым. Электрическая дуга является частным случаем четвёртой формы состояния вещества — плазмы — и состоит из ионизированного, электрически квазинейтрального газа. Присутствие свободных электрических зарядов обеспечивает проводимость электрической дуги.

Электрическая дуга образуется следующим образом:

Электроны, двигаясь от отрицательного полюса к положительному, проходят через переход между электрическими контактами образуя электрическую цепь. При разведении электрических контактов (например, при отключении цепи) электроны, продолжая двигаться, вылетают из электрического контакта, соединённого с отрицательным полюсом. Затем они пересекают газовую прослойку, образовавшуюся между электрическими контактами, и, достигнув контакта, соединённого с положительным полюсом, продолжают своё движение к положительному полюсу, тем самым сохраняя электрическую цепь. Газовая прослойка, образованная разведением электрических контактов и находящаяся между этими контактами, по сути своей является диэлектриком. Как следствие, прохождение через неё электронов равносильно появлению в цепи сопротивления, которое быстро нагревается до температуры испарения металлов. Это приводит к ионизации окружающего газа и созданию своеобразного плазменного тоннеля, имеющего гораздо меньшее сопротивление, чем изначальная воздушная прослойка, и как следствие — к росту проводимости электрической дуги.

Электрическая дуга перегревает электрические контакты, провоцируя их плавление и быстрый износ за счёт испарения и окисления в окружающей среде. При эксплуатации высоковольтных электроустановок, в которых неизбежно появление электрической дуги, борьба с электрической дугой осуществляется при помощи электромагнитных катушек, совмещённых с дугогасительными камерами. Среди других способов известны использование вакуумных и масляных выключателей, а также методы отвода тока на временную нагрузку, самостоятельно останавливающую электрическую цепь без разрыва последней.

Электрическая дуга используется при электросварке металлов. Иначе электросварка называется ещё дуговой сваркой.

См. также

Литература

1. Райзер Ю. П. Физика газового разряда. — 2-е изд. — М.: Наука, 1992. — 536 с. — ISBN 5-02014615-3

Wikimedia Foundation. 2010.

• Дугласово пространство
• Дуглас Фэйрбенкс

Смотреть что такое «Дуговой разряд» в других словарях:

• ДУГОВОЙ РАЗРЯД

  — самостоятельный квазистационарный электрический разряд в газе, горящий практически при любых давлениях газа, превышающих 10 2 10 4 мм рт. ст., при постоянной или меняющейся с низкой частотой (до 103 Гц) разности потенциалов между электродами. Д.… …   Физическая энциклопедия

• дуговой разряд — Самостоятельный электрический разряд, при котором электрическое поле в разрядном промежутке определяется в основном величиной и расположением в нем объемных зарядов и который характеризуется малым катодным падением потенциала (порядка или меньше… …   Справочник технического переводчика

• дуговой разряд — дуговой разряд; отрасл. дугообразный разряд; вольтова дуга Электрический разряд, при котором электрическое поле в разрядном промежутке определяется в основном величиной и расположением в нем объемных зарядов, характеризуемый малым катодным… …   Политехнический терминологический толковый словарь

• 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… …   Большой Энциклопедический словарь

• ДУГОВОЙ РАЗРЯД — один из видов самостоятельного электрического разряда в газе, характеризуемый высокой плотностью тока. Нагретый до высокой температуры ионизированный газ в столбе между электродами, к которым подведено электрическое напряжение, находится в… …   Большая политехническая энциклопедия

• Дуговой разряд —         один из типов стационарного электрического разряда в газах (См. Электрический разряд 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… …   Большая советская энциклопедия

• дуговой разряд

  — lankinis išlydis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. arc discharge; electric arc in gas vok. Bogenentladung, f rus. дуговой разряд, m; дуговой разряд в газе, m pranc. décharge d’arc, f; décharge en régime d’arc, f; décharge par arc, f …   Fizikos terminų žodynas

• дуговой разряд — электрический разряд в газах, горящий практически при любых давлениях газа, превышающих 10 2   10 3 мм рт. ст.; характеризуется большой плотностью тока на катоде и малым падением потенциала. Впервые наблюдался в 1802 В. В. Петровым в воздухе… …   Энциклопедический словарь

• дуговой разряд — lankinis išlydis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. arc discharge vok. Bogenentladung, f; Lichtbogenentladung, f rus. дуговой разряд, m pranc. décharge d arc, f; décharge en arc, f …   Automatikos terminų žodynas

• дуговой разряд — lankinis išlydis statusas T sritis chemija apibrėžtis Savaiminio elektros išlydžio dujose rūšis. atitikmenys: angl. arc discharge rus. дуговой разряд …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Тлеющий разряд — Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Разряд. Тлеющий разряд в неоне

Тле́ющий разря́д — один из видов стационарного самостоятельного электрического разряда в газах. Формируется, как правило, при низком давлении газа и малом токе. При увеличении проходящего тока переходит в дуговой разряд.

В отличие от нестационарных (импульсных) электрических разрядов в газах, основные характеристики тлеющего разряда остаются относительно стабильными во времени.

Типичным примером тлеющего разряда, знакомым большинству людей, является свечение неоновой лампы.

Простейшим прибором для моделирования газового разряда является запаянная стеклянная трубка, в торцы которой впаяны электроды. Трубка имеет отвод, присоединенный к вакуумному насосу. Электроды подключены к источнику постоянного тока с напряжением несколько тысяч вольт. После включения источника напряжения и пуска вакуумного насоса происходят следующие явления:

1. При атмосферном давлении газ внутри трубки остаётся тёмным, так как приложенного напряжения в несколько тысяч вольт недостаточно для того, чтобы пробить длинный газовый промежуток.

2. Когда давление газа достаточно понизится, в трубке вспыхивает светящийся дуговой разряд. Он имеет вид тонкого шнура (в воздухе — малинового цвета, в других газах — других цветов), соединяющего оба электрода. В этом состоянии газовый столб хорошо проводит ток.

3. При дальнейшей откачке газа светящийся шнур размывается и расширяется, и свечение заполняет почти всю трубку. Это тлеющий разряд. При давлении газа в несколько десятых миллиметра ртутного столба (сотни Па) разряд заполняет почти весь объем трубки. Свечение разряда распределено неравномерно. У катода находится темное катодное пространство, у анода — светящийся положительный столб, длина которого прямо зависит от давления.

Различают следующие две главные части разряда: 1) несветящуюся часть, прилегающую к катоду, получившую название тёмного катодного пространства; 2) светящийся столб газа, заполняющий всю остальную часть трубки, вплоть до самого анода. Эта часть разряда носит название положительного столба. При определенном давлении положительный столб может распадаться на отдельные слои, разделённые тёмными промежутками, так называемые страты.

Страты тлеющего разряда

Описанная форма разряда называется тлеющим разрядом. Почти весь свет исходит от его положительного столба. При этом цвет свечения зависит от рода газа. При тлеющем разряде газ хорошо проводит электричество, а значит, в газе всё время поддерживается сильная ионизация. Причинами ионизации газа в тлеющем разряде являются электронная эмиссия с катода под действием высоких температур или сильного электрического поля, последующая ионизация молекул газа электронным ударом свободными электронами, вырванными с катода и летящими по направлению к аноду, а также вторичная электронная эмиссия электронов с катода, вызванная бомбардировкой катода положительно заряженными ионами газа.

В настоящее время трубки с тлеющим разрядом находят практическое применение как источник света — газоразрядные лампы. Для целей освещения часто применяются люминесцентные лампы, в которых разряд происходит в парах ртути, причём вредное для зрения ультрафиолетовое излучение поглощается слоем флюоресцирующего вещества — люминофора, покрывающего изнутри стенки лампы. Люминофор начинает светиться видимым светом, давая в результате свет, близкий по характеристикам к дневному свету (люминесцентные лампы дневного света). Такие лампы дают близкое к «естественному» освещение (но не полный спектр, как у ламп накаливания). Спектр испускаемого люминесцентными лампами света дискретный — красная, зелёная и синяя составляющая в определённой пропорции, плюс незначительные спектральные пики других цветов от примесей люминофора. Энергия освещения распределяется по этим узким полосам спектра, поэтому эти лампы значительно (в 3-4 раза) экономичнее ламп накаливания (у последних до 95 % энергии занимает инфракрасная область спектра, невидимая человеческим глазом).

Люминесцентные лампы в быту приходят на смену лампам накаливания, а на производстве и в служебных помещениях почти полностью их вытеснили. Однако люминесцентные лампы не лишены недостатков. Так, например, на производстве использование люминесцентных ламп сопряжено с вредным стробоскопическим эффектом, заключающемся в том, что может совпасть по частоте вращения обрабатывающего механизма, при этом сам механизм в свете такой лампы для человека будет казаться неподвижным, «выключенным», что может привести к травме. Поэтому применяют дополнительную подсветку операционной зоны простой лампой накаливания, лишённой такого недостатка в силу инерции световой отдачи нити накаливания. На производстве, при наличии трёхфазной электрической сети, эта проблема решается включением ламп в разные фазы (напр. каждая 1-я лампа питается от фазы А, каждая 2-я от фазы B и т.д), что компенсирует мерцание ламп. У ламп, использующих вместо традиционной схемы включения (стартер + дроссель) ВЧ-генератор (такая схема использована в т. н. «экономичных» лампах, предназначенных для замены ламп накаливания), проблема стробоскопического эффекта отсутствует

[источник не указан 51 день].

Газоразрядные лампы применяются также для декоративных целей. В этих случаях им придают очертания букв, различных фигур и т. д. и наполняют газом с красивым цветом свечения (неоном, дающим оранжево-красное свечение, или аргоном с синевато-зелёным свечением).

Важнейшее применение тлеющий разряд получил в сравнительно недавно созданных квантовых источниках света — газовых лазерах.

• Райзер Ю. П. Физика газового разряда. — 2-е изд. — М.: Наука, 1992. — 536 с. — ISBN 5-02014615-3.

Электрическая дуга — это… Что такое Электрическая дуга?

Электрическая дуга в воздухе

Электрическая дуга (Вольтова дуга, Дуговой разряд) — физическое явление, один из видов электрического разряда в газе.

Впервые была описана в 1802 году русским учёным В. В. Петровым, однако большой вклад в развитие данного раздела внес ученый Никола Тесла. Электрическая дуга является частным случаем четвёртой формы состояния вещества — плазмы — и состоит из ионизированного, электрически квазинейтрального газа. Присутствие свободных электрических зарядов обеспечивает проводимость электрической дуги.

Электрическая дуга между двумя электродами в воздухе при атмосферном давлении образуется следующим образом:

При увеличении напряжения между двумя электродами до определённого уровня в воздухе между электродами возникает электрический пробой. Напряжение электрического пробоя зависит от расстояния между электродами и пр. Зачастую, для инициирования пробоя при имеющемся напряжении электроды приближают друг к другу. Во время пробоя между электродами обычно возникает искровой разряд, импульсно замыкая электрическую цепь.

Электроны в искровых разрядах ионизируют молекулы в воздушном промежутке между электродами. При достаточной мощности источника напряжения, в воздушном промежутке образуется достаточное количество плазмы для того, чтобы напряжение пробоя (или сопротивление воздушного промежутка) в этом месте значительно упало. При этом искровые разряды превращаются в дуговой разряд — плазменный шнур между электродами, являющийся плазменным тоннелем. Эта дуга является по сути проводником, и замыкает электрическую цепь между электродами, средний ток увеличивается ещё больше нагревая дугу до 5000–50000 K. При этом считается, что поджиг дуги завершён.

Взаимодействие электродов с плазмой дуги приводит к их нагреву, частичному расплавлению, испарению, окислению и другим видам коррозии.

После поджига, дуга может быть устойчива при разведении электрических контактов до некоторого расстояния.

При эксплуатации высоковольтных электроустановок, в которых неизбежно появление электрической дуги, борьба с электрической дугой осуществляется при помощи электромагнитных катушек, совмещённых с дугогасительными камерами. Среди других способов известны использование вакуумных и масляных выключателей, а также методы отвода тока на временную нагрузку, самостоятельно разрывающую электрическую цепь.

Электрическая дуга используется при электросварке металлов, для выплавки стали (Дуговая сталеплавильная печь) и в освещении (в дуговых лампах).

См. также

Литература

1. Дуга электрическая — статья из Большой советской энциклопедии
2. Искровой разряд — статья из Большой советской энциклопедии
3. Райзер Ю. П. Физика газового разряда. — 2-е изд. — М.: Наука, 1992. — 536 с. — ISBN 5-02014615-3

Вольтова дуга — это… Что такое Вольтова дуга?

Если к полюсам сильной электрической батареи или другого источника электрического тока проволоками присоединить две угольные палочки и, приведя угли в соприкосновение, слегка раздвинуть их, то между концами углей образуется овальная масса яркого пламени, а самые концы углей накаливаются добела и испускают ослепительный голубоватый свет. Получается так называемая вольтова дуга. Сущность этого явления объясняется следующим образом. При раздвигании углей в момент разрыва цепи в ней от самоиндукции ее частей получается экстраток того же направления, как и ток от батареи. Этот суммарный ток обладает такой электровозбудительной силой, что пробивает малое расстояние между концами углей в начале их раздвигания и обращает небольшое количество угля в пары, которые, хотя и плохо, но проводят электричество и таким образом цепь с углями, раздвинутыми во время прохождения тока, не прерывается. Благодаря плохой проводимости, эти пары быстро накаляются и накаляют воздух на пути тока, а газы и пары или плохо, или вовсе не проводящие электричества при обыкновенных температурах, становятся посредственными проводниками при температурах высоких. Это свойство позволяет раздвигать угли на довольно значительное расстояние, после образования дуги, не разрывая цепи. Если вместо угольных электродов брать металлические, то при тех же условиях происходит то же самое явление В. дуги, только свет получается не столь яркий, как при употреблении углей, вследствие того, что металлы испаряются легче, чем уголь, и все явление происходит при более низких температурах; цвет дуги также зависит от вещества электродов: медные дают зеленую дугу, железные — красную и ртутные — белую. Прибавлением металлов в уголь можно несколько менять окраску дуги.

Угольные электроды вольтовой дуги принимают особую характерную форму. Анод — положительный электрод, т. е. тот, который соединен с положительным полюсом батареи и из которого ток направляется в дугу и затем в катод (отрицательный), вследствие испарения, а также сгорания, если дуга не разобщена с воздухом, а также вследствие переноса частиц угля на катод, образует на конце выемку вроде чашки, а катод принимает заостренную форму. Приготовление электродов из разных сортов угля или из угля и металлов позволило обнаружить этот перенос частиц с анода на катод, а также, хотя и в меньшем количестве, обратный перенос с катода на анод. При вертикальном расположении углей, с анодом наверху, сила тяжести способствует этому переносу частиц с анода на катод и потому это положение дуги наилучшее. Пары угля разбрасываются от электродов во все стороны, и если дуга заключена в стеклянный сосуд, то легко заметить, что стенки его покрываются налетом угольной пыли, в которую обращаются угольные пары при охлаждении. Вследствие разбрасывания в стороны паров угля и горения, если дуга не защищена от доступа воздуха, угли постепенно расходуются и анод почти вдвое больше катода. Яркое свечение вольтовой дуги обуславливается весьма высокой ее температурой, доходящей, по измерениям Розетти, до 4800° Ц. В ней плавятся даже такие тугоплавкие тела, как кремень и алмаз, и легко обращаются в пары золото и платина. Металлические электроды сами плавятся. Посторонние примеси к углю понижают и температуру, и яркость. Температура дуги выше температуры углей; однако, концы углей испускают гораздо больше света, чем сама дуга, так как лучеиспускательная способность у твердых тел больше, чем у газов. Наибольшей яркостью обладает выемка анода. Как у всякого раскаленного тела, спектр углей сплошной (непрерывный) и с богатым содержанием ультрафиолетовых, химических, большой преломляемости лучей. В спектре дуги получаются линии углерода и металлов, попадающих примесью в угольные электроды.

Разность потенциалов углей для поддержания В. дуги может быть выражена линейной формулой относительно длины дуги e=a+bl, где b — некоторая постоянная величина, от 3 до 5 вольт, l — длина дуги в миллиметрах, так что bl представляет величину падения потенциала вдоль дуги. По объяснению Эдлунда и многих других a есть величина гальванической поляризации дуги, т. е. величина новой электровозбудительной силы, противоположной по направлению первоначальной. Уппенборн нашел поляризацию анода и дуги равною 32,5, дуги и катода 5,5 и всего а=38 вольт. Для получения и поддержания В. дуги достаточной силы необходимо иметь в распоряжении электровозбудительную силу в 40-50 вольт при силе тока не менее 5-10 ампер. Допускают и другие причины явления, не подтверждающие объяснения Эдлунда, а именно: принимают особое сопротивление при переходе тока из углей в пары и обратно. В настоящее время для питания Вольтовой дуги током употребляются исключительно динамо-машины и аккумуляторы. Вольтова дуга может получаться и при непрерывном изменении знака разности потенциалов между углями, т. е. от действия динамо-машины, дающей переменный ток. В этом случае, понятно, тот и другой стержень попеременно делаются положительным и отрицательным. Необходимая разность потенциалов в этом случае меньше, чем при употреблении тока постоянного направления. На практике, для электрического освещения, употребляются для образования вольтовой дуги стержни из кокса, получающегося в ретортах после добывания светильного газа из каменного угля, или же в настоящее время по преимуществу употребляются искусственные стержни, приготовляемые прессованием порошка костяного угля, графита или сажи вместе с другими, связывающими массу веществами. Подобные искусственные угли получаются более однородные и дают лучший свет. Для обыкновенных целей освещения употребляются положительные (анод) стержни диаметром от 8 до 18 мм. Отрицательные (катод) стержни берутся тоньше. Положительный стержень располагается вверху, отрицательный внизу — для того, чтобы можно было удобнее пользоваться лучами света, исходящими из углубления в положительном угле. Длина дуги, т. е. расстояние между углями, поддерживаемое постоянным действием особых механизмов в лампах (см. Лампы электрические и Регуляторы), обыкновенно не превышает 5 мм. Сила тока, проходящего через В. дугу, изменяется в зависимости от диаметра стержней. Для положительных стержней от 8 до 12 мм диаметром она колеблется между 4 и 25 амперами. Обыкновенные уличные лампы, в которых толщина положительного стержня около 10 мм, требуют 8 ампер и 42 вольт разности потенциалов. Для маяков и военных целей употребляются стержни более толстые; в этом случае и длина дуги берется большая и, следовательно, требуется большая разность потенциалов.

В металлургии в недавнее время воспользовались высокой температурой В. дуги для плавки металлов с целью сварки отдельных частей, паяния, заливания трещин и раковин, отливки и приготовления сплавов (см. Паяние электрическое). Как сильный источник света, весьма богатый химическими лучами большой преломляемости, вольтова дуга служит весьма ценным средством во многих научных работах. Этот самый могущественный из всех искусственных источников света и тепла обладает еще и живительной силой. Опыты В. Сименса показали, что электрический свет способствует всхожести и образованию хлорофилла в листьях растений и таким образом до некоторой степени заменяет для них солнце.

Мнение, распространенное в научной литературе, приписывает честь открытия Вольтовой дуги сэру Гумфри Дэви и относит это событие к 1809 году. В русской литературе существует очень редкое и мало кому известное сочинение под заглавием: «Известие о гальвани-вольтовских опытах посредством огромной батареи, состоявшей иногда из 4200 медных и цинковых кружков». Автор его, первый преподаватель физики в военно-медицинской академии, впоследствии заслуженный ординарный профессор и академик Василий Владимирович Петров, подробно описывает свой опыт, произведенный в 1802 г. Соединив с полюсами своего вольтова столба куски древесного угля, он наблюдал В. дугу до 7 миллиметров длиной в виде яркого, ослепительного белого огня с расходящимися лучами.

Коронный разряд — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 27 апреля 2018; проверки требуют 6 правок. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 27 апреля 2018; проверки требуют 6 правок. У этого термина существуют и другие значения, см. Разряд. Коронный разряд на зубцах металлической шестерни Коронный разряд на обмотке высоковольтной катушки

Коро́нный разря́д — это самостоятельный газовый разряд, возникающий в резко неоднородных полях у электродов с большой кривизной поверхности (острия, тонкие провода). Зона вблизи такого электрода характеризуется значительно более высокими значениями напряженности поля по сравнению со средними значениями для всего промежутка. Когда напряжённость поля достигает предельного значения (для воздуха около 30 кВ/см), вокруг электрода возникает свечение, имеющее вид короны. При коронном разряде ионизационные процессы происходят только вблизи коронирующего электрода. Коронный разряд возникает при сравнительно высоком давлении воздуха (порядка атмосферного).

В природных условиях коронный разряд может возникать на верхушках деревьев, мачтах — так называемые огни святого Эльма.

Электрон, возникший при случайной ионизации нейтральной молекулы, ускоряется в электрическом поле и приобретает энергию, достаточную для того, чтобы при столкновении со следующей молекулой ионизовать её. В результате происходит лавинное увеличение числа заряженных частиц.

Если коронирующее остриё является катодом, такую корону называют отрицательной. В отрицательной короне ионизационные лавины направлены от острия. Воспроизведение свободных электронов обеспечивается здесь за счёт термоэмиссии из коронирующего электрода. На некотором удалении от острия, там где электрическое поле является недостаточным, чтобы обеспечивать лавинную ионизацию, электроны рекомбинируют с нейтральными молекулами, образуя отрицательные ионы, которые и являются носителями тока во внешней области.

Если коронирующее остриё является анодом, такую корону называют положительной. В положительной короне электроны притягиваются к острию, а ионы отталкиваются от него. Воспроизведение электронов, запускающих ионизационную лавину, обеспечивают вторичные фотопроцессы в газе вблизи от острия. Вдали от коронирующего электрода электрическое поле является недостаточным, чтобы обеспечивать лавинную ионизацию. Носителями тока в этой области являются положительные ионы, движущиеся от острия к отрицательному электроду. В отличие от ровного свечения отрицательной короны, в положительной короне иногда наблюдаются разбегающиеся от острия стримеры, которые при увеличении напряжения превращаются в искровые каналы.

Коронный разряд применяется для очистки газов от пыли и сопутствующих загрязнений (электростатический фильтр), для диагностики состояния конструкций (позволяет обнаруживать трещины в изделиях).

Коронный разряд применяется в копировальных аппаратах (ксероксах) и лазерных принтерах для заряда светочувствительного барабана, переноса порошка с барабана на бумагу и для снятия остаточного заряда с барабана.

Коронный разряд применяется для определения давления внутри лампы накаливания. Величина разряда зависит от острия и давления газа вокруг него. Острие у всех ламп одного типа — это нить накала. Значит, коронный разряд будет зависеть только от давления. А значит, о давлении газа в лампе можно судить по величине коронного разряда.

Коронный разряд на проводах линий электропередачи вызывает значительные потери передаваемой энергии. С целью сокращения потерь на общую корону применяется расщепление проводов ЛЭП на несколько составляющих, в зависимости от номинального напряжения линии.

«Системный» способ уменьшения потерь мощности на корону заключается в том, что в зависимости от влажности и температуры воздуха диспетчер уменьшает напряжение в линии до определенной величины. В связи с этим задаются наименьшие допустимые сечения по короне:

• 110 кВ — 70 мм² (сейчас рекомендуется использовать сечение 95 мм²).
• 150 кВ — 120 мм².
• 220 кВ — 240 мм².

• Райзер Ю. П. Физика газового разряда. — 2-е изд. — М.: Наука, 1992. — 536 с. — ISBN 5-02014615-3.

Пространственный заряд — Большая советская энциклопедия

Простра́нственный заряд

Объёмный заряд, электрический заряд, рассредоточенный по некоторому объёму. П. з. определяет пространственное распределение электрического Потенциала и напряжённости электрического поля (См. Напряжённость электрического поля). Для возникновения П. з. концентрации положительных и отрицательных носителей заряда (например, ионов и электронов в плазме (См. Плазма)) должны быть не равны. Плотность П. з. ρ = e ΣZ_in_i (n_i— концентрация, Z_i — заряд носителей сорта i, е — заряд электрона). Т. к. образование объёмной статически равновесной системы из свободных зарядов невозможно (см. Ирншоу теорема), появление П. з. обычно связано с прохождением электрического тока. П. з. возникают вблизи электродов при протекании тока через электролиты, на границе двух полупроводников с различной (электронной или дырочной) проводимостью, в вакууме в процессах электронной эмиссии (См. Электронная эмиссия) и ионной эмиссии (См. Ионная эмиссия), в электрическом разряде в газах (См. Электрический разряд в газах). Образованию П. з. способствует различие коэффициента диффузии (См. Диффузия) D носителей заряда разных знаков. При движении электронов в вакууме с нулевой начальной скоростью на катоде плотность тока вследствие влияния П. з. меняется по т. н. закону трёх вторых (см. Ленгмюра формула). Решение аналогичной задачи для положительных ионов в газе зависит от характера движения ионов. Поля, создаваемые П. з., определяют многие важные свойства газового разряда (развитие разряда во времени, образование стримеров (См. Стримеры) и др.), явлений в плазме (плазменные колебания и волны) и в полупроводниках. Т. к. ρ есть алгебраическая сумма зарядов разных знаков, они могут частично или полностью компенсировать П. з. Примеры: плазма с почти равными концентрациями электронов и ионов и прикатодная область в дуговом разряде (См. Дуговой разряд), где в результате такой компенсации Катодное падение потенциала невелико и почти не зависит от тока.

Лит. см. при статьях Плазма, Полупроводники, Электрический разряд в газах.

Источник: Большая советская энциклопедия на Gufo.me

---

Значения в других словарях

1. ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ЗАРЯД — ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ЗАРЯД (объемный заряд) — суммарный электрический заряд свободных электронов и ионов в газе или вакууме. Появление пространственного заряда обычно связано с прохождением электрического тока. Большой энциклопедический словарь
2. ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ЗАРЯД — (объемный заряд), электрич. заряд, рассредоточенный по нек-рому объёму. П. з. определяет пространств. распределение электрич. потенциала и напряжённости электрич. поля. Для возникновения П. з. концентрации положит. и отрицат. носителей заряда (напр. Физический энциклопедический словарь

Электрическая дуга постоянного тока

Рис. 1.2.9. Вольтамперные характеристики дуги

Основной характеристикой дуги постоянного тока является зависимость падения напряжения на дуге от тока, т. е. вольт-амперная характеристика (рис. 1.2.9). Она имеет ниспадающий характер, так как с увеличением тока напряжение на дуге u_д уменьшается.

Напряжение u_з соответствующее началу дугового разряда, называется напряжением зажигания дуги. С ростом тока увеличивается ионизация дугового промежутка и падает его сопротивление. В установившемся режиме горения для каждого значения тока в какой-то момент времени число вновь образованных зарядов в результате ионизации будет равно числу потерянных зарядов в дуговом промежутке за счет деионизации. С этого момента времени сопротивление дугового промежутка и падение напряжения на нем станут величинами постоянными, не зависящими от времени. Такой режим носит название статического, а кривая 1, характеризующая этот режим, — статической характеристикой дуги. Статическая характеристика соответствует установившемуся квазистационарному состоянию, т. е. условию устойчивого горения дуги. Статическая характеристика дуги зависит от длины дуги, материала электродов и параметров среды, в которой горит дуга. Напряжение на дуге можно рассматривать как сумму околоэлектродных падений напряжения ыэ и падения напряжения в столбе дуги , где Е_д — градиент напряжения в столбе дуги; l_д —длина дуги. Следовательно, чем больше длина дуги, тем выше лежит ее статическая вольт-амперная характеристика.

При быстром изменении тока в дуге напряжение на ней отличается от того, которое было при установившемся значении. Ток в дуге может убывать с различными скоростями, причем, чем выше скорость его спадания, тем ниже проходит вольт-амперная характеристика. Это объясняется тем, что такие параметры, как сечение дуги, температура газа и степень ионизации, понижаются медленнее, чем ток, и не успевают достичь тех значений, которые бы соответствовали меньшему току при установившемся режиме. Зависимость напряжения на дуге от тока при быстром его изменении называется динамической вольт-амперной характеристикой.

Если изменять ток в дуге от значения I₁ бесконечно медленно, то статическая и динамические характеристики дуги будут совпадать.

При бесконечно быстром изменении тока сопротивление столба дуги останется неизменным и напряжение на дуге будет изменяться пропорционально току (прямая 1—2 при увеличении тока, прямая 1—0 при его уменьшении). Конечной скорости изменения тока будут соответствовать промежуточные положения вольт-амперной характеристики, например кривая В при увеличении тока от I₁ и кривые С и D при его уменьшении соответственно от I₂ и от I₁.

Большое расхождение между статической и динамической характеристиками наблюдается при малых токах, т, е. непосредственно перед гашением дуги, что способствует ограничению перенапряжений на элементах отключаемой цепи.

Условия гашения дуги постоянного тока

Для того чтобы погасить электрическую дугу постоянного тока, необходимо создать такие условия, при которых процессы деионизации дугового промежутка превосходили бы процессы его ионизации. Если параметры цепи постоянны, то уменьшение ионизации дугового промежутка ведет к увеличению сопротивления дуги и уменьшению тока. В результате этого дуга начинает гореть неустойчиво.

В момент погасания дуги напряжение на дуговом промежутке соответствует напряжению гашения. Это напряжение зависит от интенсивности деионизации дугового промежутка. С усилением деионизации растет сопротивление дуги, быстро уменьшается ток и к концу гашения дуги напряжение на контактах резко возрастает. Поэтому при отключении цепей постоянного тока возникают значительные перенапряжения. Величина их зависит от индуктивности цепи и быстроты гашения дуги. Перенапряжение растет с увеличением скорости изменения тока и зависит от индуктивности цепи L.

При отключении цепей постоянного тока напряжение на дуговом промежутке в момент погасания дуги может в несколько раз превысить напряжение источника тока. Эти перенапряжения опасны не только для цепи тока, но и гасящих сред, имеющих высокое напряжение гашения. Поэтому при отключении цепей постоянного тока не применяются также среды, напряжение гашения которых велико, например масло. Масляные выключатели не применяются для размыкания цепей постоянного тока.

Для уменьшения перенапряжения применяют различные способы шунтирования индуктивностей цепи активными сопротивлениями, емкостями и вентилями. Это уменьшает перенапряжение и облегчает процесс гашения дуги.

В процессе гашения дуги в дуговом промежутке выделяется определенное количество энергии. Величина энергии в основном определяется током цепи, напряжениями цепи и дуги, сопротивлением дуги, временем ее горения и постоянными дугогасительных устройств. В дуге постоянного тока при ее гашении выделяются энергия магнитного поля, запасенная цепью в начальный момент отключения, и энергия, поступающая от генератора за время горения дуги, за вычетом потерь в цепи. Отсюда следует, что чем больше индуктивность цепи, тем больше в ней запас энергии магнитного поля и тем труднее погасить дугу постоянного тока. В устойчиво горящей дуге вся выделяющаяся в ней энергия поступает от генератора. Энергия, выделяемая в дуге, расходуется на нагревание дугового промежутка и частично рассеивается в окружающей среде.

Гашение дуги происходит в том случае, если температура дугового промежутка будет падать. Это условие выполняется при отрицательном энергетическом балансе дуги, т. е. когда количество тепла, отводимое от дуги, больше количества энергии, подводимой к дуге в процессе ее гашения.