Вольтовая дуга что это

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.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890—1907 .

Вольтова дуга — определение, возникновение и характеристики

Если говорить о характеристиках вольтовой дуги, то стоит упомянуть, что она отличается более низким напряжением, чем тлеющий разряд, и полагается на термоэлектронное излучение электронов от электродов, поддерживающих дугу. В англоязычных странах этот термин считается архаичным и устаревшим.

Методы подавления дуги можно использовать для уменьшения ее продолжительности или вероятности образования.

В конце 1800-х годов вольтова дуга широко использовалась для общественного освещения. Некоторые электрические дуги низкого давления используются во многих приложениях. Например, для освещения применяются люминесцентные лампы, ртутные, натриевые и металлогалогенные лампы. Ксеноновые дуговые лампы использовались для кинопроекторов.

Открытие вольтовой дуги

Считается, что это явление впервые было описано сэром Хамфри Дэви в статье 1801 года, опубликованной в Journal of Natural Philosophy, Chemistry and Arts Уильяма Николсона. Однако явление, описанное Дэви, не было электрической дугой, но лишь искрой. Поздние исследователи писали: «Это, очевидно, описание не дуги, а искры. Суть первой заключается в том, что она должна быть непрерывной, и ее полюса не должны соприкасаться после того, как она возникла. Искра, созданная сэром Хамфри Дэви, была явно не непрерывной, и хотя в течение некоторого времени после контакта с атомами углерода оставалась заряженной, скорее всего не было соединения дуги, которое необходимо для ее классификации как вольтовой».

В том же году Дэви публично продемонстрировал эффект перед Королевским обществом, передав электрический ток через два соприкасающихся угольных стержня, а затем оттянув их на небольшое расстояние друг от друга. Демонстрация показала «слабую» дугу, с трудом отличимую от устойчивой искры, между точками древесного угля. Научное сообщество предоставило ему более мощную батарею из 1000 пластин, и в 1808 году он продемонстрировал возникновение вольтовой дуги в крупных масштабах. Ему также приписывают ее название на английском языке (electric arc). Он назвал ее дугой, потому что она принимает форму восходящего лука, когда расстояние между электродами становится близким. Это связано с проводящими свойствами раскаленного газа.

Как появилась вольтова дуга? Первая непрерывная дуга была зафиксирована независимо в 1802 г. и описана в 1803 г. как «специальная жидкость с электрическими свойствами» русским ученым Василием Петровым, экспериментирующий с медно-цинковой батареей, состоящей из 4200 дисков.

Дальнейшее изучение

В конце девятнадцатого века вольтова дуга широко использовалась для общественного освещения. Тенденция электрических дуг к мерцанию и шипению была серьезной проблемой. В 1895 году Герта Маркс Айртон написала серию статей об электричестве, объяснив, что вольтова дуга была результатом контакта кислорода с углеродными стержнями, используемыми для создания дуги.

В 1899 году она была первой женщиной, когда-либо читавшей свой собственный доклад перед Институтом инженеров-электриков (IEE). Ее доклад был озаглавлен как «Механизм электрической дуги». Вскоре после этого Айртон была избрана первой женщиной-членом Института инженеров-электриков. Следующая женщина была принята в институт аж в 1958 году. Айртон подала прошение прочесть доклад перед Королевским научным обществом, но ей не разрешили сделать этого из-за ее пола, и «Механизм электрической дуги» был прочитан Джоном Перри вместо нее в 1901 году.

Описание

Электрическая дуга представляет собой вид электрического разряда с наибольшей плотностью тока. Максимальная сила тока, проводимого по дуге, ограничена только внешней средой, а не самой дугой.

Дуга между двумя электродами может быть инициирована ионизацией и тлеющим разрядом, когда ток через электроды увеличивается. Пробивное напряжение электродного зазора представляет собой комбинированную функцию давления, расстояния между электродами и типа газа, окружающего электроды. Когда начинается дуга, ее напряжение на клеммах намного меньше, чем у тлеющего разряда, а ток выше. Дуга в газах вблизи атмосферного давления характеризуется видимым светом, высокой плотностью тока и высокой температурой. Она отличается от тлеющего разряда примерно одинаковыми эффективными температурами как электронов, так и положительных ионов, и в тлеющем разряде ионы имеют гораздо меньшую тепловую энергию, чем электроны.

При сваривании

Вытянутая дуга может быть инициирована двумя электродами, первоначально находящимися в контакте и разнесенными в процессе эксперимента. Это действие может инициировать дугу без высоковольтного тлеющего разряда. Это способ, которым сварщик начинает сваривать соединение, мгновенно прикасаясь сварочным электродом к предмету.

Другим примером является разделение электрических контактов на переключателях, реле или автоматических выключателях. В высокоэнергетических схемах может потребоваться подавление дуги, чтобы предотвратить повреждение контактов.

Вольтова дуга: характеристики

Электрическое сопротивление вдоль непрерывной дуги создает тепло, которое ионизует больше молекул газа (где степень ионизации определяется температурой), и в соответствии с этой последовательностью газ постепенно превращается в тепловую плазму, которая находится в тепловом равновесии, поскольку температура относительно однородно распределяется по всем атомам, молекулам, ионам и электронам. Энергия, передаваемая электронами, быстро диспергируется с более тяжелыми частицами за счет упругих столкновений из-за их большой подвижности и больших чисел.

Ток в дуге поддерживается термоэлектронной и полевой эмиссией электронов на катоде. Ток может быть сконцентрирован в очень малой горячей точке на катоде — порядка миллиона ампер на квадратный сантиметр. В отличие от тлеющего разряда, дуга имеет мало различимую структуру, поскольку положительный столбец достаточно яркий и простирается почти до электродов с обоих концов. Падение катода и падение анода в несколько вольт происходит в пределах доли миллиметра каждого электрода. Положительный столбец имеет более низкий градиент напряжения и может отсутствовать в очень коротких дугах.

Низкочастотная дуга

Низкочастотная (менее 100 Гц) дуга переменного тока напоминает дугу постоянного тока. На каждом цикле дуга инициируется пробоем, и электроды меняют роли, когда ток меняет направление. По мере увеличения частоты тока не хватает времени для ионизации при расхождении на каждом полупериоде, и пробой больше не нужен для поддержания дуги — характеристика напряжения и тока становится более омической.

Место среди прочих физических явлений

Различные формы электрических дуг являются возникающими свойствами нелинейных моделей тока и электрического поля. Дуга встречается в заполненном газом пространстве между двумя проводящими электродами (часто из вольфрама или углерода), что приводит к возникновению очень высокой температуры, способной плавить или испарять большинство материалов. Электрическая дуга представляет собой непрерывный разряд, в то время как аналогичный электрический искровой разряд является мгновенным. Вольтова дуга может возникать либо в цепях постоянного тока, либо в цепях переменного. В последнем случае она может повторно ударяться о каждом полупериоде возникновения тока. Электрическая дуга отличается от тлеющего разряда тем, что плотность тока довольно велика, а падение напряжения внутри дуги низкое. На катоде плотность тока может достигать одного мегаампера на квадратный сантиметр.

Разрушительный потенциал

Электрическая дуга имеет нелинейную зависимость между током и напряжением. Как только дуга будет создана ​​(либо путем прогрессирования из тлеющего разряда, либо путем мгновенного касания электродов, а затем разделения их), увеличение тока приводит к более низкому напряжению между дуговыми терминалами. Этот эффект отрицательного сопротивления требует, чтобы какая-то положительная форма импеданса (как электрического балласта) была помещена в цепь для поддержания стабильной дуги. Это свойство является причиной того, что неконтролируемые электрические дуги в аппарате становятся настолько разрушительными, ведь после своего возникновения дуга будет потреблять все больше тока от источника постоянного напряжения до тех пор, пока устройство не будет уничтожено.

Практическое применение

В промышленном масштабе электрические дуги используются для сварки, плазменной резки, механической обработки электрическим разрядом, в качестве дуговой лампы в кинопроекторах и в освещении. Электродуговые печи используются для производства стали и других веществ. Карбид кальция получают именно таким образом, поскольку для достижения эндотермической реакции (при температурах 2500 °С) требуется большое количество энергии.

Углеродистые дуговые огни были первыми электрическими огнями. Они использовались для уличных фонарей в XIX веке и для создания специализированных устройств, таких как прожекторы, до Второй мировой войны. Сегодня электрические дуги низкого давления используются во многих областях. Например, для освещения используются люминесцентные лампы, ртутные, натриевые и металлогалогенные лампы, а ксеноновые дуговые лампы используются для кинопроекторов.

Формирование интенсивной электрической дуги, подобно мелкомасштабной дуговой вспышке, является основой взрывоопасных детонаторов. Когда ученые узнали, что такое вольтова дуга и как ее можно использовать, разнообразие мирового вооружения пополнилось эффективной взрывчаткой.

Основным оставшимся применением является высоковольтное распределительное устройство для сетей передачи. Современные устройства также используют гексафторид серы под высоким давлением.

Заключение

Несмотря на частоту ожогов вольтовой дугой, она считается очень полезным физическим явлением, до сих пор широко использующимся в промышленности, производстве и создании декоративных предметов. Она обладает своей эстетикой, и ее образ часто мелькает в научно-фантастических фильмах. Поражение вольтовой дугой не является смертельным.

Вольтова дуга

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

• Сварка
• Электросварка
• Дуговая сварка
• Свойства электрической (сварочной) дуги.

Литература

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

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Вольтке Григорий Самойлович
• Вольтурно (река)

Полезное

Смотреть что такое «Вольтова дуга» в других словарях:

• ВОЛЬТОВА ДУГА — [от соб. им. итальянск. ученого Volta (1745 1827)]. Дугообразная масса пламени, образующаяся между концами двух углей, соединенных с полюсами сильного источника электрического тока. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка.… … Словарь иностранных слов русского языка
• ВОЛЬТОВА ДУГА — ВОЛЬТОВА ДУГА. см. дуга. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
• ВОЛЬТОВА ДУГА — ВОЛЬТОВА ДУГА. см. дуга. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
• ВОЛЬТОВА ДУГА — то же, что электрическая дуга … Большой Энциклопедический словарь
• ВОЛЬТОВА ДУГА — (Voltaic arc) светящаяся дуга, образующаяся между электрическими проводниками, раздвинутыми на небольшое расстояние, при прохождении через них электрического тока. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство … Морской словарь
• ВОЛЬТОВА ДУГА — см … Большая политехническая энциклопедия
• ВОЛЬТОВА ДУГА — устойчивый электр. разряд (прохождение тока) сквозь изолирующую среду, сопровождающийся ярким пламенем с темп рой до 3000°. В. д. возникает обычно между двумя несущими ток проводниками, сближенными до соприкосновения, а затем раздвинутыми на нек… … Технический железнодорожный словарь
• вольтова дуга — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN electric arc … Справочник технического переводчика
• 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… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
• Вольтова дуга — то же, что электрическая дуга. * * * ВОЛЬТОВА ДУГА ВОЛЬТОВА ДУГА, то же, что электрическая дуга (см. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА) … Энциклопедический словарь

• Обратная связь: Техподдержка, Реклама на сайте

• �� Путешествия

Экспорт словарей на сайты, сделанные на PHP,
WordPress, MODx.

• Пометить текст и поделитьсяИскать в этом же словареИскать синонимы
• Искать во всех словарях
• Искать в переводах
• Искать в ИнтернетеИскать в этой же категории

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад