\ Για καθηγητή φυσικής

Όταν χρησιμοποιείτε υλικά από αυτόν τον ιστότοπο - και η τοποθέτηση του banner είναι ΥΠΟΧΡΕΩΤΙΚΗ!!!

Ανάπτυξη μαθήματος με παρουσίαση στη φυσική με θέμα: "Ηλεκτρικό ρεύμα στα αέρια"

Προετοίμασε την ανάπτυξη ενός μαθήματος στη φυσική: Semenchenko Galina Vasilievna, Barnaul KGOUNPO PU -13, καθηγητής φυσικής, αστρονομίας και ηλεκτρολόγων μηχανικών, email: [email προστατευμένο]

Επίγραμμα:

«Προχθές δεν γνωρίζαμε τίποτα για την ηλεκτρική ενέργεια, χθες δεν ξέραμε τίποτα για τα τεράστια αποθέματα ενέργειας που περιέχονται στον ατομικό πυρήνα, τα οποία δεν γνωρίζουμε σήμερα;»

/Louis de Broglie/

Το ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα αέριο είναι μια κατευθυνόμενη κίνηση θετικών ιόντων προς την κάθοδο και αρνητικών ιόντων και ηλεκτρονίων προς την άνοδο.

Όταν ένα θετικό και αρνητικό ιόν συγκρούονται, το αρνητικό ιόν μπορεί να δώσει την περίσσεια του ηλεκτρονίου του στο θετικό ιόν και και τα δύο ιόντα θα μετατραπούν σε ουδέτερα άτομα.

Η διαδικασία αμοιβαίας εξουδετέρωσης των ιόντων ονομάζεται ανασυνδυασμός ιόντων.

Όταν ένα θετικό ιόν και ένα ηλεκτρόνιο ή δύο ιόντα ανασυνδυάζονται, απελευθερώνεται μια ορισμένη ενέργεια, ίση με την ενέργεια που δαπανάται για ιονισμό.

Εν μέρει, εκπέμπεται με τη μορφή φωτός, και ως εκ τούτου ο ανασυνδυασμός των ιόντων συνοδεύεται από φωταύγεια (luminescence of recombination).

Η διαδικασία διέλευσης ηλεκτρικού ρεύματος στα αέρια ονομάζεται εκκένωση αερίου.

Οι βαθμοί είναι δύο τύπων:

Ανεξάρτητη - μια εκκένωση που συμβαίνει χωρίς τη βοήθεια κανενός στα αέρια.

Μη αυτοσυντηρούμενη - μια εκκένωση που εμφανίζεται στα αέρια με τη βοήθεια ενός ιονιστή.

Οι ιονιστές είναι παράγοντες που προκαλούν ιονισμό αερίου.

Οι παράγοντες περιλαμβάνουν:

• θέρμανση του αερίου σε υψηλή θερμοκρασία.
• ακτινογραφίες?
• ακτίνες που προκύπτουν από ραδιενεργό διάσπαση.
• κοσμικές ακτίνες;
• βομβαρδισμός μορίων αερίου από ταχέως κινούμενα ηλεκτρόνια ή ιόντα.

Μη αυτοεκφόρτιση

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του αερίου δημιουργείται από εξωτερικούς ιονιστές.

Με τον τερματισμό της δράσης των εξωτερικών ιονιστών, η μη αυτοσυντηρούμενη εκκένωση σταματά.

Μια μη αυτοσυντηρούμενη εκκένωση αερίου δεν συνοδεύεται από λάμψη αερίου.

αυτοεκφόρτιση

Για την υλοποίησή του, είναι απαραίτητο ως αποτέλεσμα της ίδιας της εκφόρτισης, να σχηματίζονται συνεχώς δωρεάν χρεώσεις στο αέριο. Η κύρια πηγή δωρεάν χρεώσεων είναι ο ιονισμός κρούσης των μορίων αερίου.

Τα θετικά ιόντα που σχηματίζονται κατά τη σύγκρουση ηλεκτρονίων με ουδέτερα άτομα, όταν κινούνται προς την κάθοδο, αποκτούν μεγάλη κινητική ενέργεια υπό τη δράση του πεδίου. Όταν τέτοια γρήγορα ιόντα χτυπούν την κάθοδο, τα ηλεκτρόνια εκτινάσσονται από την επιφάνεια της καθόδου.

Επιπλέον, η κάθοδος μπορεί να εκπέμπει ηλεκτρόνια όταν θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται θερμιονική εκπομπή. Μπορεί να θεωρηθεί ως η εξάτμιση ηλεκτρονίων από το μέταλλο. Σε πολλές στερεές ουσίες, η θερμιονική εκπομπή λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασίες στις οποίες η εξάτμιση της ίδιας της ουσίας είναι ακόμη μικρή. Τέτοιες ουσίες χρησιμοποιούνται για την κατασκευή καθόδων.

Τύποι ανεξάρτητων εκκενώσεων.

Ανάλογα με τις ιδιότητες και την κατάσταση του αερίου, τη φύση και τη θέση των ηλεκτροδίων, καθώς και την τάση που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια, εμφανίζονται διάφοροι τύποι αυτοεκφόρτισης.

Σιγής έκκριση.

Παρατηρείται εκκένωση πυράκτωσης σε αέρια σε χαμηλές πιέσεις της τάξεως αρκετών δεκάδων χιλιοστών υδραργύρου και λιγότερο.

Τα κύρια μέρη μιας εκκένωσης λάμψης είναι ο σκοτεινός χώρος της καθόδου, μια αρνητική ή λάμψη λάμψης πολύ μακριά από αυτό, η οποία σταδιακά περνά στην περιοχή του σκοτεινού χώρου Faraday. Αυτές οι τρεις περιοχές σχηματίζουν το τμήμα καθόδου της εκκένωσης, ακολουθούμενο από το κύριο φωτεινό τμήμα της εκκένωσης, το οποίο καθορίζει τις οπτικές της ιδιότητες και ονομάζεται θετική στήλη.

Σε αρκετά χαμηλές πιέσεις, τα ηλεκτρόνια που εκτοξεύονται από την κάθοδο από θετικά ιόντα περνούν μέσα από το αέριο σχεδόν χωρίς συγκρούσεις με τα μόριά του, σχηματίζοντας ακτίνες ηλεκτρονίων ή καθόδου.

Τύπος εκκένωσης λάμψης

Εκκένωση λάμψης που δημιουργείται από μια γεννήτρια

Εφαρμογή εκκένωσης λάμψης

Η εκκένωση λάμψης χρησιμοποιείται σε σωλήνες φωτός αερίου, λαμπτήρες φθορισμού, σταθεροποιητές τάσης, για τη λήψη δέσμης ηλεκτρονίων και ιόντων.

Εάν γίνει μια σχισμή στην κάθοδο, τότε στενές δέσμες ιόντων, που συχνά ονομάζονται δέσμες καναλιών, περνούν μέσα από αυτήν στον χώρο πίσω από την κάθοδο.

Το φαινόμενο της καθοδικής ψεκασμού χρησιμοποιείται ευρέως, δηλ. καταστροφή της επιφάνειας της καθόδου υπό τη δράση θετικών ιόντων που την χτυπούν. Τα υπερμικροσκοπικά θραύσματα του υλικού της καθόδου πετούν προς όλες τις κατευθύνσεις κατά μήκος ευθειών και καλύπτουν την επιφάνεια των σωμάτων (ιδιαίτερα των διηλεκτρικών) τοποθετημένων σε ένα σωλήνα με ένα λεπτό στρώμα.

Με αυτόν τον τρόπο, κατασκευάζονται καθρέφτες για μια σειρά από συσκευές, ένα λεπτό στρώμα μετάλλου εφαρμόζεται σε φωτοκύτταρα σεληνίου.

Εκκένωση λάμψης στην παραγωγή

Corona επεξεργασία επιφανειών

έκκριση κορώνας

Μια εκκένωση κορώνας συμβαίνει σε κανονική πίεση σε ένα αέριο σε ένα εξαιρετικά ανομοιογενές ηλεκτρικό πεδίο (για παράδειγμα, κοντά σε αιχμές ή καλώδια γραμμών υψηλής τάσης).

Σε μια εκκένωση κορώνας, ο ιονισμός αερίου και η λάμψη του συμβαίνουν μόνο κοντά στα ηλεκτρόδια της κορώνας. Στην περίπτωση της καθοδικής κορώνας (αρνητική κορώνα), τα ηλεκτρόνια που προκαλούν ιονισμό κρούσης των μορίων αερίου εκτινάσσονται έξω από την κάθοδο όταν βομβαρδίζεται με θετικά ιόντα.

Εάν η άνοδος είναι κορώνα (θετική κορώνα), τότε η γέννηση ηλεκτρονίων συμβαίνει λόγω του φωτοϊονισμού του αερίου κοντά στην άνοδο.

Η κορώνα είναι ένα επιβλαβές φαινόμενο, που συνοδεύεται από διαρροή ρεύματος και απώλεια ηλεκτρικής ενέργειας. Για τη μείωση της κορώνας, η ακτίνα καμπυλότητας των αγωγών αυξάνεται και η επιφάνειά τους γίνεται πιο λεία.

Τύπος έκκρισης κορώνας

διαφάνεια αριθμός 13

Ειδική περίπτωση έκκρισης κορωνοϊού - καρπίου

Σε αυξημένη τάση, η εκφόρτιση κορώνας στο άκρο παίρνει τη μορφή φωτεινών γραμμών που προέρχονται από το άκρο και εναλλάσσονται στο χρόνο. Αυτές οι γραμμές, που έχουν έναν αριθμό στροφών και κάμψεων, σχηματίζουν ένα είδος βούρτσας, με αποτέλεσμα μια τέτοια εκκένωση να ονομάζεται εκκένωση βούρτσας.

Η εκφόρτιση κορώνας πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όταν αντιμετωπίζετε υψηλή τάση. Εάν υπάρχουν προεξέχοντα μέρη ή πολύ λεπτά σύρματα, μπορεί να ξεκινήσει η εκκένωση κορώνας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα διαρροή ρεύματος. Όσο υψηλότερη είναι η τάση της γραμμής υψηλής τάσης, τόσο πιο παχιά πρέπει να είναι τα καλώδια.

Η φωτιά του Αγίου Έλμου

Ένα φορτισμένο βροντερό νέφος προκαλεί ηλεκτρικά φορτία του αντίθετου σημείου στην επιφάνεια της Γης κάτω από αυτό. Μια ιδιαίτερα μεγάλη φόρτιση συσσωρεύεται στις άκρες. Επομένως, πριν από μια καταιγίδα ή κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας, κώνοι φωτός σαν βούρτσες συχνά φουντώνουν στα σημεία και τις αιχμηρές γωνίες των πολύ ανυψωμένων αντικειμένων. Από τα αρχαία χρόνια, αυτή η λάμψη ονομαζόταν οι φωτιές του Αγίου Έλμου.

Ιδιαίτερα συχνά οι ορειβάτες γίνονται μάρτυρες αυτού του φαινομένου. Μερικές φορές ακόμη και όχι μόνο μεταλλικά αντικείμενα, αλλά και οι άκρες των μαλλιών στο κεφάλι είναι διακοσμημένα με μικρές φωτεινές φούντες.

Οι φωτιές του Saint Elmo πριν από μια καταιγίδα στον ωκεανό

διαφάνεια αριθμός 17

εκκένωση σπινθήρα

Η εκκένωση σπινθήρα έχει την εμφάνιση φωτεινών ζιγκ-ζαγκ διακλαδιζόμενων νημάτων-καναλιών που διαπερνούν το διάκενο εκκένωσης και εξαφανίζονται, αντικαθιστώντας με νέα.

Τα κανάλια εκκένωσης σπινθήρα αρχίζουν να αναπτύσσονται άλλοτε από το θετικό ηλεκτρόδιο, άλλοτε από το αρνητικό και άλλοτε από κάποιο σημείο μεταξύ των ηλεκτροδίων.

Μια εκκένωση σπινθήρα συνοδεύεται από απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας θερμότητας, φωτεινή λάμψη αερίου, κροτάλισμα ή βροντή.

Όλα αυτά τα φαινόμενα προκαλούνται από χιονοστιβάδες ηλεκτρονίων και ιόντων που συμβαίνουν στα κανάλια σπινθήρα και οδηγούν σε τεράστια αύξηση της πίεσης, φτάνοντας τα 107 108 Pa, και σε αύξηση της θερμοκρασίας έως και 10.000 C.

Εφαρμογή εκκένωσης σπινθήρα

Με ένα μικρό μήκος του διακένου εκκένωσης, η εκκένωση σπινθήρα προκαλεί μια συγκεκριμένη καταστροφή της ανόδου, που ονομάζεται διάβρωση. Αυτό το φαινόμενο χρησιμοποιήθηκε στη μέθοδο ηλεκτροσπινθήρα κοπής, διάτρησης και άλλων τύπων επεξεργασίας μετάλλων ακριβείας.

Το διάκενο σπινθήρων χρησιμοποιείται ως προστατευτικό υπερτάσεων σε γραμμές ηλεκτρικής μεταφοράς (π.χ. τηλεφωνικές γραμμές).

Ένας ηλεκτρικός σπινθήρας χρησιμοποιείται για τη μέτρηση μεγάλων διαφορών δυναμικού χρησιμοποιώντας ένα σφαιρικό διάκενο σπινθήρα, τα ηλεκτρόδια του οποίου είναι δύο μεταλλικές μπάλες με γυαλισμένη επιφάνεια.

Ηλεκτρική μηχανή σπινθήρα

διαφάνεια αριθμός 21

Χαρακτηριστικό παράδειγμα εκκένωσης σπινθήρα είναι ο κεραυνός.

Το κύριο κανάλι αστραπής έχει διάμετρο 10 έως 25 cm και το μήκος του κεραυνού μπορεί να φτάσει αρκετά χιλιόμετρα. Το μέγιστο ρεύμα ενός παλμού κεραυνού φτάνει τις δεκάδες και εκατοντάδες χιλιάδες αμπέρ.

Ο κεραυνός είναι γραμμικός και σφαιρικός.

Το Ball Lightning είναι μια ενιαία έντονα φωτεινή, σχετικά σταθερή, μικρή μάζα που παρατηρείται στην ατμόσφαιρα, επιπλέει στον αέρα και κινείται μαζί με ρεύματα αέρα, περιέχει μεγάλη ενέργεια στο σώμα της, εξαφανίζεται αθόρυβα ή με μεγάλο θόρυβο σαν έκρηξη και φεύγει κανένα υλικό μετά την εξαφάνισή του.ίχνη, εκτός από την καταστροφή που κατάφερε να κάνει.

Αστραπή μπάλας

διαφάνεια αριθμός 23

Πώς να συμπεριφερθείτε κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας;

1. Δεν μπορείτε να βρείτε καταφύγιο σε μια καταιγίδα κοντά σε μοναχικά όρθια δέντρα, κοντάρια και άλλα ψηλά τοπικά αντικείμενα, πρέπει να απομακρυνθείτε 15 μέτρα.
2. Είναι επικίνδυνο να βρίσκεστε μέσα ή κοντά στο νερό.
3. Δεν μπορείτε να στήσετε μια σκηνή κοντά στο νερό, καθώς οι κεραυνοί χτυπούν συχνά τις όχθες του ποταμού.
4. Μην υποτιμάτε ποτέ τον κίνδυνο του κεραυνού.
5. Εάν μια καταιγίδα σας έπιασε σε ένα αυτοκίνητο, μην βγείτε από αυτό. Κλείστε όλες τις πόρτες και τα παράθυρα και περιμένετε την κακοκαιρία μέσα.
6. Κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας σε μια εξοχική κατοικία, αποσυνδέστε τις ηλεκτρικές συσκευές από το δίκτυο και την τηλεόραση από μια μεμονωμένη κεραία.
7. Ο κεραυνός σπάνια χτυπά θάμνους, σχεδόν ποτέ δεν χτυπά σφένδαμο και σημύδα, πιο συχνά χτυπά βελανιδιές και λεύκες.

εκκένωση τόξου

Η εκκένωση τόξου ανακαλύφθηκε από τον V. V. Petrov το 1802. Αυτή η εκκένωση είναι μία από τις μορφές εκκένωσης αερίου, η οποία συμβαίνει σε υψηλή πυκνότητα ρεύματος και σχετικά χαμηλή τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων (της τάξης πολλών δεκάδων βολτ).

Η κύρια αιτία της εκκένωσης τόξου είναι η έντονη εκπομπή θερμοηλεκτρονίων από μια θερμή κάθοδο. Αυτά τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται από ένα ηλεκτρικό πεδίο και παράγουν ιονισμό κρούσης των μορίων αερίου, λόγω του οποίου η ηλεκτρική αντίσταση του διακένου αερίου μεταξύ των ηλεκτροδίων είναι σχετικά μικρή.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, παρατηρείται εκκένωση τόξου σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία καθόδου (λυχνία τόξου υδραργύρου).

Η εκκένωση τόξου έχει βρει εφαρμογή σε έναν ανορθωτή υδραργύρου, ο οποίος μετατρέπει ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα σε συνεχές ρεύμα.

Εφαρμογή εκκένωσης τόξου

Το 1876, ο P. N. Yablochkov χρησιμοποίησε για πρώτη φορά ένα ηλεκτρικό τόξο ως πηγή φωτός.

Η εκκένωση τόξου χρησιμοποιείται ως πηγή φωτός σε προβολείς και προβολείς.

Η υψηλή θερμοκρασία της εκκένωσης τόξου καθιστά δυνατή τη χρήση της για την κατασκευή κλιβάνου τόξου. Οι κάμινοι τόξου, που τροφοδοτούνται από πολύ υψηλό ρεύμα, χρησιμοποιούνται σε μια σειρά βιομηχανιών: για την τήξη χάλυβα, χυτοσίδηρου, σιδηροκράματα, μπρούτζου, την παραγωγή καρβιδίου του ασβεστίου, οξειδίου του αζώτου κ.λπ.

Το 1882 ο Ν. Ν. Μπενάρδος χρησιμοποίησε για πρώτη φορά εκκένωση τόξου για κοπή και συγκόλληση μετάλλου.

Το 1888, ο N. G. Slavyanov βελτίωσε αυτή τη μέθοδο συγκόλλησης αντικαθιστώντας το ηλεκτρόδιο άνθρακα με ένα μεταλλικό.

W επιφανείς φυσικοί που μελέτησαν την εκκένωση τόξου.

Εφαρμογές πλάσματος

Το πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιείται σε πηγές φωτός εκκένωσης αερίου - σε φωτεινούς σωλήνες για διαφημιστικές επιγραφές, σε λαμπτήρες φθορισμού. Ένας λαμπτήρας εκκένωσης αερίου χρησιμοποιείται σε πολλές συσκευές, για παράδειγμα, σε λέιζερ αερίου - πηγές κβαντικού φωτός.

Το πλάσμα υψηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιείται σε μαγνητοϋδροδυναμικές γεννήτριες.

Μια νέα συσκευή, ο φακός πλάσματος, δημιουργήθηκε πρόσφατα. Το plasmatron δημιουργεί ισχυρούς πίδακες πυκνού πλάσματος χαμηλής θερμοκρασίας, οι οποίοι χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορους τομείς της τεχνολογίας: για κοπή και συγκόλληση μετάλλων, διάνοιξη φρεατίων σε σκληρούς βράχους κ.λπ.

Εισαγωγή.

Ιδιότητες εκκένωσης τόξου.

1. Σχηματισμός τόξου.

2. Σημείο καθόδου. Εμφάνιση και μεμονωμένα μέρη

εκκένωση τόξου.

3. Κατανομή δυναμικού και ρεύμα-τάση

χαρακτηριστικό εκκένωσης τόξου.

4. Θερμοκρασία και ακτινοβολία επιμέρους τμημάτων της εκκένωσης τόξου.

5. Δημιουργία μη απόσβεσης ταλαντώσεων με χρήση ηλεκτρικών

τριγωνικό τόξο.

6. Στήλη εκκένωσης θετικού τόξου στο υψηλό

και εξαιρετικά υψηλή πίεση.

III. Εφαρμογή εκκένωσης τόξου.

1. Σύγχρονες μέθοδοι ηλεκτρικής επεξεργασίας.

2. Συγκόλληση με ηλεκτρικό τόξο.

3. Τεχνολογία πλάσματος.

4. Συγκόλληση με πλάσμα.
IV. Συμπέρασμα.

Μια εκκένωση τόξου με τη μορφή ενός λεγόμενου ηλεκτρικού (ή βολταϊκού) τόξου ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1802 από έναν Ρώσο επιστήμονα, καθηγητή φυσικής στη Στρατιωτική Ιατρική-Χειρουργική Ακαδημία της Αγίας Πετρούπολης και αργότερα έναν ακαδημαϊκό του St. Ακαδημία Επιστημών της Πετρούπολης, Vasily Vladimirovich Petrov. Ο Petrov περιγράφει σε ένα από τα δημοσιευμένα βιβλία του τις πρώτες του παρατηρήσεις σχετικά με ένα ηλεκτρικό τόξο με τις ακόλουθες λέξεις:

«Εάν δύο ή τρία κάρβουνα τοποθετηθούν σε ένα γυάλινο πλακίδιο ή σε έναν πάγκο με γυάλινα πόδια ... και εάν οδηγοί με μεταλλική μόνωση ... συνδέονται και με τους δύο πόλους μιας τεράστιας μπαταρίας, φέρτε τους πιο κοντά μεταξύ τους σε απόσταση ενός σε τρεις γραμμές, τότε ανάμεσά τους υπάρχει ένα πολύ φωτεινό λευκό φως ή φλόγα, από την οποία αυτά τα κάρβουνα αναφλέγονται πιο γρήγορα ή πιο αργά και από την οποία η σκοτεινή ειρήνη μπορεί να φωτιστεί αρκετά καθαρά…».

Η πορεία προς το ηλεκτρικό τόξο ξεκίνησε από την αρχαιότητα. Ακόμη και ο Έλληνας Θαλής της Μιλήτου, που έζησε τον έκτο αιώνα π.Χ., γνώριζε την ιδιότητα του κεχριμπαριού να προσελκύει ελαφριά αντικείμενα - φτερά, άχυρα, μαλλιά, ακόμη και να δημιουργεί σπινθήρες όταν τρίβονται. Μέχρι τον δέκατο έβδομο αιώνα, αυτή ήταν η μόνη μέθοδος ηλεκτρισμού σωμάτων που δεν είχε πρακτική εφαρμογή. Οι επιστήμονες αναζητούν μια εξήγηση για αυτό το φαινόμενο.

Ο Άγγλος φυσικός William Gilbert (1544-1603) διαπίστωσε ότι άλλα σώματα (για παράδειγμα, πέτρινος κρύσταλλος, γυαλί), όπως το κεχριμπάρι, έχουν την ιδιότητα να προσελκύουν ελαφριά αντικείμενα μετά το τρίψιμο. Ονόμασε αυτές τις ιδιότητες ηλεκτρικές, εισάγοντας για πρώτη φορά αυτόν τον όρο σε χρήση (στα ελληνικά κεχριμπάρι-ηλεκτρόνιο).

Ο βουργός του Μαγδεμβούργου Otto von Guericke (1602-1686) σχεδίασε μια από τις πρώτες ηλεκτρικές μηχανές. Ήταν μια ηλεκτροστατική μηχανή, η οποία ήταν μια σφαίρα θείου τοποθετημένη σε έναν άξονα. Ένας από τους πόλους ήταν ο ίδιος ο εφευρέτης. Όταν γύρισε η μανιβέλα, γαλαζωποί σπινθήρες πέταξαν από τις παλάμες του ικανοποιημένου μπιφτέκι με ένα ελαφρύ κροτάλισμα. Αργότερα, η μηχανή του Guericke βελτιώθηκε από άλλους εφευρέτες. Η μπάλα από θείο αντικαταστάθηκε από μια γυάλινη και αντί για τις παλάμες του ερευνητή, χρησιμοποιήθηκαν δερμάτινα μαξιλαράκια ως ένα από τα κοντάρια.

Μεγάλη σημασία είχε η εφεύρεση τον δέκατο όγδοο αιώνα του δοχείου συμπυκνωτή Leyden, το οποίο κατέστησε δυνατή τη συσσώρευση ηλεκτρικής ενέργειας. Ήταν ένα γυάλινο δοχείο γεμάτο με νερό τυλιγμένο σε αλουμινόχαρτο. Μια μεταλλική ράβδος περασμένη από φελλό βυθίστηκε στο νερό.

Ο Αμερικανός επιστήμονας Benjamin Franklin (1706-1790) απέδειξε ότι το νερό δεν παίζει κανένα ρόλο στη συλλογή ηλεκτρικών φορτίων, το γυαλί-διηλεκτρικό έχει αυτή την ιδιότητα.

Τα ηλεκτροστατικά μηχανήματα έχουν γίνει αρκετά διαδεδομένα, αλλά μόνο ως αστεία gizmos. Είναι αλήθεια ότι έγιναν προσπάθειες θεραπείας ασθενών με ηλεκτρισμό, αλλά είναι δύσκολο να πούμε ποιο ήταν το φυσιοθεραπευτικό αποτέλεσμα μιας τέτοιας θεραπείας.

Ο Γάλλος φυσικός Charles Coulomb (1736-1806), ο ιδρυτής της ηλεκτροστατικής, καθιέρωσε το 1785 ότι η δύναμη αλληλεπίδρασης των ηλεκτρικών φορτίων είναι ανάλογη με τα μεγέθη τους και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της μεταξύ τους απόστασης.

Στη δεκαετία του σαράντα του δέκατου όγδοου αιώνα, ο Benjamin Franklin πρότεινε τη θεωρία ότι υπάρχει μόνο ένα είδος ηλεκτρισμού - μια ειδική ηλεκτρική ύλη, που αποτελείται από μικροσκοπικά σωματίδια που μπορούν να διεισδύσουν στην ουσία. Εάν υπάρχει περίσσεια ηλεκτρικής ύλης στο σώμα, είναι θετικά φορτισμένο, εάν είναι ελλιπής, το σώμα είναι αρνητικά φορτισμένο. Ο Φράνκλιν εισήγαγε στην πράξη τα σύμβολα συν και μείον, καθώς και τους όρους: πυκνωτής, αγωγός, φορτίο.

Ο M. V. Lomonosov (1711-1765), ο Leonhard Euler (1707-1783), ο Franz Aepinus (1724-1802) και άλλοι επιστήμονες κατέληξαν σε πρωτότυπες θεωρίες για τη φύση του ηλεκτρισμού. Μέχρι το τέλος του δέκατου όγδοου αιώνα, οι ιδιότητες και η συμπεριφορά των σταθερών χρεώσεων είχαν μελετηθεί επαρκώς και εξηγηθεί σε κάποιο βαθμό. Ωστόσο, τίποτα δεν ήταν γνωστό για τα φορτία που κινούνταν με ηλεκτρικό ρεύμα, αφού δεν υπήρχε συσκευή που να μπορούσε να κάνει μεγάλο αριθμό φορτίων να κινηθεί. Τα ρεύματα που αντλήθηκαν από το ηλεκτροστατικό μηχάνημα ήταν πολύ μικρά για να μετρηθούν.

1. Εάν αυξήσετε την ένταση ρεύματος σε μια εκκένωση πυράκτωσης, μειώνοντας την εξωτερική αντίσταση, τότε σε υψηλή ένταση ρεύματος, η τάση στους σφιγκτήρες του σωλήνα αρχίζει να πέφτει, η εκκένωση αναπτύσσεται γρήγορα και μετατρέπεται σε τόξο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η μετάβαση γίνεται απότομα και σχεδόν συχνά οδηγεί σε βραχυκύκλωμα. Κατά την επιλογή της αντίστασης του εξωτερικού κυκλώματος, είναι δυνατό να σταθεροποιηθεί η μεταβατική μορφή της εκκένωσης και να παρατηρηθεί σε ορισμένες πιέσεις μια συνεχής μετάβαση μιας εκκένωσης λάμψης σε ένα τόξο. Παράλληλα με την πτώση τάσης μεταξύ των ηλεκτροδίων του σωλήνα, παρατηρείται αύξηση της θερμοκρασίας της καθόδου και σταδιακή μείωση της πτώσης της καθόδου.

Η χρήση της συνήθους μεθόδου ανάφλεξης ενός τόξου με την απομάκρυνση των ηλεκτροδίων οφείλεται στο γεγονός ότι το τόξο καίγεται σε σχετικά χαμηλές τάσεις δεκάδων βολτ, ενώ απαιτείται τάση της τάξης των δεκάδων kilovolt για την ανάφλεξη μιας εκκένωσης λάμψης σε ατμοσφαιρική πίεση. Η διαδικασία ανάφλεξης όταν τα ηλεκτρόδια απομακρύνονται εξηγείται από την τοπική θέρμανση των ηλεκτροδίων λόγω του σχηματισμού κακής επαφής μεταξύ τους τη στιγμή της διακοπής του κυκλώματος.

Το ζήτημα της ανάπτυξης ενός τόξου όταν σπάει ένα κύκλωμα είναι τεχνικά σημαντικό όχι μόνο από την άποψη της απόκτησης "χρήσιμων" τόξων, αλλά και από την άποψη της καταπολέμησης των "επιβλαβών" τόξων, για παράδειγμα, με το σχηματισμό ενός τόξου όταν ανοίγει ένας διακόπτης μαχαιριού. Έστω L η αυτεπαγωγή του κυκλώματος, W η αντίστασή του και ع το emf. Η πηγή ρεύματος, το U(I) είναι συνάρτηση του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης του τόξου. Τότε πρέπει να έχουμε: ع= L dI/dt+WI+U(I) (1) ή

LdI/dt=(ع-WI)-U(I)=∆ (2).

Η διαφορά (ع - WI) δεν είναι τίποτα άλλο από την τεταγμένη της άμεσης αντίστασης AB (Εικ. 1), και το U (I) είναι η τεταγμένη του χαρακτηριστικού τόξου για ένα δεδομένο I. Για να είναι αρνητικό το dI / dt, δηλ. Για να μειωθεί αναγκαστικά το ρεύμα I με το χρόνο και να μην σχηματιστεί σταθερό τόξο μεταξύ των ηλεκτροδίων του διακόπτη, είναι απαραίτητο να

Εικ.1. Η σχετική θέση της άμεσης αντίστασης και η καμπύλη του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης ενός σταθερού τόξου για τις περιπτώσεις: α) όταν το τόξο δεν μπορεί να εμφανιστεί όταν το κύκλωμα είναι σπασμένο. β) όταν το τόξο εμφανίζεται σε μια διακοπή του διαστήματος ισχύος ρεύματος που αντιστοιχεί στα σημεία P και Q.

∆ع-WI έλαβε χώρα.

Για να γίνει αυτό, το χαρακτηριστικό με όλα τα σημεία του πρέπει να βρίσκεται πάνω από τη γραμμή αντίστασης (Εικ. 1, α). Αυτό το απλό συμπέρασμα δεν λαμβάνει υπόψη την χωρητικότητα στο κύκλωμα και ισχύει μόνο για συνεχές ρεύμα.

Το σημείο τομής της άμεσης αντίστασης με την καμπύλη του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης ενός σταθερού τόξου αντιστοιχεί στο χαμηλότερο όριο της ισχύος συνεχούς ρεύματος, στο οποίο μπορεί να προκύψει τόξο όταν σπάσει το κύκλωμα (Εικ. 1, β) . Στην περίπτωση ανοίγματος τόξου εναλλασσόμενου ρεύματος με διακόπτη μαχαιριού, ο οποίος σβήνει σε κάθε μετάβαση τάσης στο μηδέν, είναι σημαντικό οι συνθήκες που υπάρχουν στο διάκενο κατά το άνοιγμα να μην επιτρέπουν νέα ανάφλεξη του τόξου με επακόλουθη αύξηση στην τάση της πηγής ρεύματος. Αυτό απαιτεί, καθώς αυξάνεται η τάση, το διάκενο εκφόρτισης να είναι επαρκώς απιονισμένο. Σε διακόπτες υψηλών εναλλασσόμενων ρευμάτων, ο ενισχυμένος απιονισμός επιτυγχάνεται τεχνητά με την εισαγωγή ειδικών ηλεκτροδίων που αναρροφούν φορτισμένα σωματίδια αερίου λόγω διπολικής διάχυσης, καθώς και με μηχανική εμφύσηση ή με έκθεση της εκκένωσης σε μαγνητικό πεδίο. Σε υψηλές τάσεις χρησιμοποιούνται διακόπτες λαδιού.

2. Το σημείο της καθόδου, στερεωμένο στην κάθοδο άνθρακα, στην επιφάνεια του υγρού υδραργύρου βρίσκεται σε συνεχή γρήγορη κίνηση. Η θέση του σημείου της καθόδου στην επιφάνεια του υγρού υδραργύρου μπορεί να στερεωθεί με μια μεταλλική ακίδα βυθισμένη στον υδράργυρο και να προεξέχει ελαφρώς από αυτόν.

Σε περίπτωση μικρής απόστασης μεταξύ της ανόδου και της καθόδου, η θερμική ακτινοβολία της ανόδου επηρεάζει έντονα τις ιδιότητες του σημείου της καθόδου. Με μια αρκετά μεγάλη απόσταση μεταξύ της ανόδου και της καθόδου άνθρακα, οι διαστάσεις της κηλίδας καθόδου τείνουν σε μια ορισμένη σταθερή οριακή τιμή και η περιοχή που καταλαμβάνει η κηλίδα καθόδου στο ηλεκτρόδιο άνθρακα στον αέρα είναι ανάλογη με την ένταση ρεύματος και αντιστοιχεί σε ατμοσφαιρική πίεση 470 A / cm² Για τόξο υδραργύρου 4000 A/cm² βρίσκεται στο κενό.

Με τη μείωση της πίεσης, η περιοχή που καταλαμβάνεται από το σημείο της καθόδου στην κάθοδο άνθρακα αυξάνεται με σταθερή ένταση ρεύματος.

Η ευκρίνεια του ορατού ορίου της κηλίδας της καθόδου εξηγείται από το γεγονός ότι μια σχετικά αργή μείωση της θερμοκρασίας με την απόσταση από το κέντρο της κηλίδας αντιστοιχεί σε ταχεία πτώση τόσο της φωτεινής ακτινοβολίας όσο και της θερμιονικής εκπομπής, και αυτό ισοδυναμεί με απότομη «οπτικά» και «ηλεκτρικά» όρια σημείου.

Όταν το τόξο καίγεται στον αέρα, η κάθοδος άνθρακα ακονίζεται, ενώ στην άνοδο άνθρακα, εάν η εκκένωση δεν καλύπτει ολόκληρη την μπροστινή περιοχή της ανόδου, σχηματίζεται μια στρογγυλή κοιλότητα - ένας θετικός κρατήρας τόξου.

Ο σχηματισμός της κηλίδας καθόδου εξηγείται ως εξής. Η κατανομή των φορτίων χώρου σε ένα λεπτό στρώμα στην κάθοδο είναι τέτοια που εδώ η εκκένωση απαιτεί για τη διατήρησή της όσο μικρότερη διαφορά δυναμικού, τόσο μικρότερη είναι η διατομή του καναλιού εκκένωσης. Επομένως, η εκκένωση στην κάθοδο πρέπει να συστέλλεται.

Ακριβώς δίπλα στο σημείο της καθόδου υπάρχει ένα μέρος της εκκένωσης που ονομάζεται βούρτσα αρνητικής καθόδου ή αρνητική φλόγα. Το μήκος της βούρτσας καθόδου στο τόξο σε χαμηλή πίεση καθορίζεται από την απόσταση στην οποία πετούν γρήγορα πρωτεύοντα ηλεκτρόνια, έχοντας λάβει τις ταχύτητες τους στην περιοχή της πτώσης του δυναμικού της καθόδου.

Μεταξύ της αρνητικής βούρτσας και της θετικής στήλης υπάρχει μια περιοχή παρόμοια με το σκοτεινό χώρο Faraday μιας εκκένωσης λάμψης. Στο τόξο Petrov στον αέρα, εκτός από την αρνητική βούρτσα, υπάρχει μια θετική φλόγα και μια σειρά από φωτοστέφανα. Η φασματική ανάλυση δείχνει την παρουσία σε αυτές τις φλόγες και τα φωτοστέφανα ενός αριθμού χημικών ενώσεων (κυανιούχο και οξείδια του αζώτου).

Διακοπτόμενη (ακόμη και όταν χρησιμοποιούνται πηγές συνεχούς ρεύματος). Εμφανίζεται σε ένα αέριο συνήθως σε πιέσεις της τάξης της ατμοσφαιρικής. Υπό φυσικές συνθήκες, παρατηρείται εκκένωση σπινθήρα με τη μορφή κεραυνού. Εξωτερικά, η εκκένωση σπινθήρα είναι μια δέσμη από φωτεινές ζιγκ-ζαγκ διακλαδισμένες λεπτές λωρίδες, που διαπερνούν αμέσως το κενό εκκένωσης, ξεθωριάζουν γρήγορα και συνεχώς ...

Φαινόμενα διέλευσης ηλεκτρικού ρεύματος από αέριαονομάζονται ηλεκτρικές εκκενώσεις (αερίου). Υπάρχουν διάφορες μορφές ηλεκτρικής εκφόρτισης, που διαφέρουν μεταξύ τους ως προς το μέγεθος του ρεύματος εκφόρτισης, την τάση, τη θερμοκρασία και την πίεση αερίου. Οι φορτίσεις μπορεί να είναι σταθερές και ασταθείς (για παράδειγμα, σπινθήρας). Δεν υπάρχει αυστηρό ποσοτικό όριο μεταξύ των απορρίψεων· ένας τύπος εκκένωσης μπορεί να περάσει σε έναν άλλο. Οι κύριοι τύποι εκκρίσεων: σκούρες, σιγοκαίει, τόξο, σπινθήρα, κορώνα. Η εκκένωση τόξου είναι η υψηλότερη μορφή εκκένωσης, η οποία διαφέρει από άλλες μορφές εκκένωσης στις φυσικές της ιδιότητες. Έτσι, η εκκένωση λάμψης έχει τις ακόλουθες παραμέτρους:

• πίεση - αρκετά torr (mm Hg).
• πυκνότητα ρεύματος στην κάθοδο - (10 -3 -10 -2) A / mm 2;
• τάση - (200-300) V;
• πτώση τάσης καθόδου ~ 100 V.

Φυσικές ιδιότητες εκκένωσης τόξου:

• πίεση έως 1 atm. και ψηλότερα?
• πυκνότητα ρεύματος στην κάθοδο - έως 10 8 A / mm 2.
• μικρό μήκος τόξου - έως 20-30 mm.
• χαμηλή τάση τόξου - (12¸50) V;
• υψηλή θερμοκρασία της στήλης τόξου - (από 5 έως 30) 10 3 K;
• εκθαμβωτική φωτεινότητα (λόγω του ανασυνδυασμού φορτισμένων σωματιδίων με την απελευθέρωση φωτεινής ενέργειας).
• υψηλή συγκέντρωση φορτισμένων σωματιδίων στην περιοχή της καθόδου της εκκένωσης.

Έλαβε το όνομα "τόξο" για το σχήμα ενός λαμπερού φωτεινού κορδονιού (πυλώνα) της εκκένωσης, το οποίο στα πρώτα πειράματα με εκκενώσεις χαμηλού ρεύματος λύγισε προς τα πάνω με αψίδα σχήματος μισοφέγγαρου υπό τη δράση ανοδικών ροών θερμαινόμενου αέρα. από την απόρριψη. Αν και στις περισσότερες περιπτώσεις, για παράδειγμα, μεταξύ κάθετων ηλεκτροδίων σε περιορισμένο κλειστό χώρο, μια παρόμοια εκκένωση δεν έχει τοξοειδές σχήμα, το αρχικό της όνομα έχει διατηρηθεί.

Οι εκκενώσεις τόξου χρησιμοποιούνται ευρέως στη μηχανική. Είναι πηγές φωτός για προβολείς και εξοπλισμό προβολής φιλμ, σε ειδικούς λαμπτήρες CBD εξαιρετικά υψηλής πίεσης (έως 100 atm). Το τόξο χρησιμοποιείται σε γαστρόνια, θυρατρόνια, ανορθωτές υδραργύρου για την ανόρθωση του ρεύματος και τον έλεγχο της αντοχής του κ.λπ. Το ηλεκτρικό τόξο έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στη μεταλλουργία και την τεχνολογία συγκόλλησης για θέρμανση και τήξη μετάλλων.

Ο όρος "τόξο" ισχύει μόνο για σταθερούς ή σχεδόν σταθερούς τύπους εκκενώσεων. Ένα τόξο θεωρείται ότι είναι η τελική μορφή μιας εκκένωσης που έχει αναπτυχθεί υπό οποιεσδήποτε συνθήκες, εάν ένα αρκετά μεγάλο ρεύμα διέρχεται από το αέριο. Μια τέτοια εκφόρτιση μπορεί να επιτευχθεί με διάφορους τρόπους: από οποιαδήποτε σταθερή εκφόρτιση χαμηλής ισχύος. από μια ασταθή εκκένωση σπινθήρα ή από την ώθηση δύο ηλεκτροδίων προ-επαφής που μεταφέρουν ρεύμα.

Η προτεραιότητα στην ανακάλυψη της εκκένωσης τόξου ανήκει στον ακαδημαϊκό Vasily Vladimirovich Petrov - 1802. Μίλησε για τη δυνατότητα χρήσης εκκένωσης τόξου για την τήξη μετάλλων. Αυτό το φαινόμενο ονομάστηκε τόξο από τον Άγγλο Gamfy Davy, ο οποίος, ανεξάρτητα από τον Petrov V.V., ερεύνησε αυτό το φαινόμενο το 1808-1810.

Η ιστορία της ανάπτυξης της τεχνολογίας στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα είναι αξιοσημείωτη για την ανάπτυξη τρόπων για την πρακτική χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας, μεταξύ άλλων για σκοπούς θέρμανσης και τήξης μετάλλων. Τον Μάιο του 1981, ολόκληρος ο κόσμος, με απόφαση της UNESCO, γιόρτασε την πιο σημαντική αξέχαστη ημερομηνία - την 100η επέτειο από τη δημιουργία μιας βιομηχανικής μεθόδου ηλεκτροσυγκόλλησης μετάλλων με τόξο από τον Ρώσο εφευρέτη Nikolai Nikolaevich Benardos.

Το GOST 19521 περιλαμβάνει 35 τεχνολογικές ποικιλίες εκκένωσης τόξου. Ως τεχνολογικά χαρακτηριστικά του τόξου, το πρότυπο ορίζει: τον τύπο του ηλεκτροδίου, τη φύση της επίδρασης στο βασικό μέταλλο, τον τύπο του ρεύματος που χρησιμοποιείται, την παρουσία εξωτερικής επιρροής στο σχηματισμό της συγκόλλησης, τον αριθμό των ηλεκτροδίων με κοινή παροχή ρεύματος του ρεύματος συγκόλλησης, η παρουσία και η κατεύθυνση της ταλάντωσης του ηλεκτροδίου σε σχέση με τον άξονα της συγκόλλησης, ο αριθμός των τόξων με ξεχωριστό ρεύμα τροφοδοσίας κ.λπ. Ας σταθούμε στα πιο σημαντικά από αυτά.

Συγκόλλησημπορεί να πραγματοποιηθεί τόσο με αναλώσιμο όσο και με μη αναλώσιμο ηλεκτρόδιο. Ως μη αναλώσιμο ηλεκτρόδιο, χρησιμοποιούνται συχνότερα γραφίτης ή μέταλλα με υψηλό σημείο τήξης - μολυβδαίνιο, ταντάλιο, βολφράμιο κ.λπ. Το τόξο μπορεί να τροφοδοτηθεί με εναλλασσόμενο ή συνεχές ρεύμα, καθώς και με συνδυασμένη μέθοδο. Με εναλλασσόμενο ρεύμα, η συχνότητα μπορεί να είναι όχι μόνο 50 Hz, αλλά και να αυξηθεί. Η συγκόλληση μπορεί να είναι ένα τόξο άμεσης και έμμεσης δράσης (Εικ. 13). Κατά τη συγκόλληση με άμεσο τόξο, τα προς συγκόλληση μέρη περιλαμβάνονται στο κύκλωμα συγκόλλησης, η θέρμανση τους πραγματοποιείται λόγω της ενέργειας των φορτισμένων σωματιδίων που φτάνουν στο ενεργό σημείο. Κατά τη συγκόλληση με έμμεσο τόξο, τα προς συγκόλληση μέρη δεν περιλαμβάνονται στο κύκλωμα συγκόλλησης, η θέρμανση τους πραγματοποιείται λόγω μεταφοράς θερμότητας (κυρίως ακτινοβολούμενη) από τη στήλη τόξου.

Ο βαθμός ιονισμού αερίου στο τόξο είναι έως και αρκετά τοις εκατό. Αυτό θεωρείται υψηλός βαθμός ιοντισμού, επειδή με βαθμό ιοντισμού μεγαλύτερο από 0,01%, το αέριο βρίσκεται σε κατάσταση πλάσματος σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από 3000 Κ. Αυτό είναι ένα πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας.

Στη χειροκίνητη συγκόλληση τόξου, η πυκνότητα ρεύματος είναι (10-15) A / mm 2, κατά τη συγκόλληση με αναλώσιμο ηλεκτρόδιο σε προστατευτικά αέρια, έως 400 A / mm 2. Αυτές οι τιμές είναι πολύ μικρότερες από την προαναφερθείσα τιμή της πυκνότητας ρεύματος στην κάθοδο έως 10 8 A / mm 2, καθώς στην πράξη η πυκνότητα ρεύματος καθορίζεται από την αναλογία της προς την εγκάρσια περιοχή του ηλεκτροδίου, και κατά τη μελέτη των φυσικών ιδιοτήτων της εκκένωσης - από την αναλογία του ρεύματος προς την περιοχή των κυψελών καθόδου του ηλεκτροδίου άκρης. Η περιοχή αυτών των κυψελών είναι πολύ μικρότερη από την περιοχή του ηλεκτροδίου και καθορίζεται από τα αποτελέσματα της κινηματογράφησης υψηλής ταχύτητας της διαδικασίας.

Στη φυσική, συνηθίζεται να ονομάζουμε ηλεκτρόδιο κάθε αντικείμενο στο οποίο συνδέεται ένας αγωγός από μια πηγή ρεύματος. Στη συγκόλληση, είναι συνηθισμένο να ονομάζουμε ένα ηλεκτρόδιο - ένα ηλεκτρόδιο σύρματος και ένα επίπεδο ηλεκτρόδιο - ένα προϊόν. Κατά τη συγκόλληση με συνεχές ρεύμα, γίνεται διάκριση μεταξύ άμεσης και αντίστροφης πολικότητας. Με άμεση πολικότητα, η κάθοδος είναι το ηλεκτρόδιο, με αντίστροφη πολικότητα, το προϊόν. Η συγκόλληση απευθείας πολικότητας χρησιμοποιείται σε μικρότερο βαθμό, για παράδειγμα, κατά τη συγκόλληση με μη αναλώσιμο ηλεκτρόδιο σε αδρανή αέρια χάλυβα. Τις περισσότερες φορές, η συγκόλληση συνεχούς ρεύματος πραγματοποιείται με αντίστροφη πολικότητα.

Η σύνθεση της αέριας φάσης μπορεί να είναι διαφορετική - αέρας, προστατευτικά αέρια, μεταλλικοί ατμοί και συστατικά της επικάλυψης ροής ή ηλεκτροδίου. Πίεση αερίου - από το κενό (όχι χαμηλότερο από 50 torr) σε πολλές ατμόσφαιρες.

Οι ηλεκτρικές εκκενώσεις είναι ανεξάρτητες και μη αυτοσυντηρούμενες. Με ανεξάρτητες εκκενώσεις, τα φορτισμένα σωματίδια που είναι απαραίτητα για την ύπαρξη της εκκένωσης σχηματίζονται λόγω των διεργασιών που συμβαίνουν στην ίδια την εκκένωση. Το τόξο είναι μια ανεξάρτητη εκκένωση. Ηλεκτρικά σωματίδια - ηλεκτρόνια και ιόντα σχηματίζονται λόγω των διεργασιών εκπομπής και ιοντισμού. Η ενέργεια του τόξου δεν επαρκεί για το σχηματισμό άλλων τύπων σωματιδίων.

Τύποι εκκένωσης αερίου και εφαρμογή τους. Η έννοια του πλάσματος.

Τμήμα:

Λογιστική και Νομική

Ειδικότητα:

Νομολογία

Ομάδα:

Συντάχθηκε από:

Evtikhevich A.A.

Δάσκαλος:

Orlovskaya G.V.

2011
Περιεχόμενο:

Σελίδα 1:εκκένωση αερίου

Εφαρμογή εκκένωσης αερίου

Σελίδα 2:εκκένωση σπινθήρα

έκκριση κορώνας

Σελίδα 3:Εφαρμογή αποβολής κορωνοϊού

Σελίδα 4:εκκένωση τόξου

Σελίδα 5:Εφαρμογή εκκένωσης τόξου

εκκένωση λάμψης

Σελίδα 6-7:Πλάσμα αίματος

Σελίδα 8:Βιβλιογραφία

Εκκένωση αερίου- ένα σύνολο διεργασιών που συμβαίνουν όταν ένα ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσω μιας ουσίας σε αέρια κατάσταση. Τυπικά, η ροή του ρεύματος καθίσταται δυνατή μόνο μετά από επαρκή ιονισμό του αερίου και σχηματισμό πλάσματος. Ο ιονισμός συμβαίνει λόγω των συγκρούσεων ηλεκτρονίων που επιταχύνονται σε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο με άτομα αερίου. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται μια αύξηση χιονοστιβάδας στον αριθμό των φορτισμένων σωματιδίων, καθώς κατά τη διαδικασία ιονισμού σχηματίζονται νέα ηλεκτρόνια, τα οποία, μετά την επιτάχυνση, αρχίζουν επίσης να συμμετέχουν σε συγκρούσεις με άτομα, προκαλώντας τον ιονισμό τους. Η ύπαρξη και η διατήρηση μιας εκκένωσης αερίου απαιτεί την ύπαρξη ηλεκτρικού πεδίου, αφού ένα πλάσμα μπορεί να υπάρξει μόνο εάν τα ηλεκτρόνια αποκτήσουν ενέργεια σε ένα εξωτερικό πεδίο επαρκή για να ιονίσουν άτομα και ο αριθμός των σχηματισμένων ιόντων υπερβαίνει τον αριθμό των ανασυνδυασμένων ιόντων.

Εάν η ύπαρξη εκκένωσης αερίου απαιτεί πρόσθετο ιονισμό λόγω εξωτερικών πηγών (για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας ιονίζουσα ακτινοβολία), τότε η εκκένωση αερίου ονομάζεται εξαρτώμενος(τέτοιες εκκενώσεις χρησιμοποιούνται σε μετρητές Geiger).

Για την υλοποίηση της εκκένωσης αερίου χρησιμοποιούνται τόσο χρονικά σταθερά όσο και εναλλασσόμενα ηλεκτρικά πεδία.

Ανάλογα με τις συνθήκες υπό τις οποίες συμβαίνει ο σχηματισμός φορέων φορτίου (πίεση αερίου, τάση που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια, σχήμα και θερμοκρασία των ηλεκτροδίων), διακρίνονται διάφοροι τύποι ανεξάρτητων εκκενώσεων: σιγοκαίει, σπινθήρα, κορώνα, τόξο.

Εφαρμογές εκκένωσης αερίου

• Εκκένωση τόξου για συγκόλληση και φωτισμό.
• Εκφόρτιση εξαιρετικά υψηλής συχνότητας.
• Εκκένωση λάμψης ως πηγή φωτός σε λαμπτήρες φθορισμού και οθόνες πλάσματος.
• Εκκένωση σπινθήρα για ανάφλεξη του μείγματος εργασίας σε κινητήρες εσωτερικής καύσης.
• Εκκένωση κορώνας για τον καθαρισμό των αερίων από τη σκόνη και άλλους ρύπους, για τη διάγνωση της κατάστασης των κατασκευών.
• Plasmatron για κοπή και συγκόλληση.
• Εκκενώσεις για άντληση λέιζερ, όπως λέιζερ ηλίου-νέον, λέιζερ αζώτου, λέιζερ excimer κ.λπ.

• σε έναν μετρητή Geiger,
• σε μετρητές κενού ιονισμού,
• σε θυρατρόνια,
• στα κρυτρόνια,
• σε ένα σωλήνα Geissler.

εκκένωση σπινθήρα. Ας συνδέσουμε τα ηλεκτρόδια μπάλας στη συστοιχία πυκνωτών και ας αρχίσουμε να φορτίζουμε τους πυκνωτές με τη βοήθεια μιας ηλεκτρικής μηχανής. Καθώς οι πυκνωτές φορτίζονται, η διαφορά δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων θα αυξηθεί και, κατά συνέπεια, θα αυξηθεί η ένταση του πεδίου στο αέριο. Όσο η ένταση του πεδίου είναι χαμηλή, δεν μπορεί να παρατηρηθούν αλλαγές στο αέριο. Ωστόσο, με επαρκή ένταση πεδίου (περίπου 30.000 V / cm), εμφανίζεται ένας ηλεκτρικός σπινθήρας μεταξύ των ηλεκτροδίων, ο οποίος έχει τη μορφή ενός λαμπερού ελικοειδή καναλιού που συνδέει και τα δύο ηλεκτρόδια. Το αέριο κοντά στον σπινθήρα θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία και ξαφνικά διαστέλλεται, γεγονός που προκαλεί ηχητικά κύματα και ακούμε ένα χαρακτηριστικό τρίξιμο. Οι πυκνωτές σε αυτή τη ρύθμιση προστίθενται για να κάνουν τη σπίθα πιο ισχυρή και επομένως πιο αποτελεσματική.
Η περιγραφείσα μορφή εκκένωσης αερίου ονομάζεται εκκένωση σπινθήρα ή διάσπαση σπινθήρα ενός αερίου. Όταν εμφανίζεται μια εκκένωση σπινθήρα, το αέριο ξαφνικά, απότομα, χάνει τις μονωτικές του ιδιότητες και γίνεται καλός αγωγός. Η ένταση πεδίου στην οποία συμβαίνει μια διάσπαση σπινθήρα ενός αερίου έχει διαφορετική τιμή για διαφορετικά αέρια και εξαρτάται από την κατάστασή τους (πίεση, θερμοκρασία). Σε μια δεδομένη τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων, η ένταση του πεδίου είναι τόσο μικρότερη, όσο πιο μακριά είναι τα ηλεκτρόδια το ένα από το άλλο. Επομένως, όσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων, τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση μεταξύ τους απαραίτητη για την έναρξη μιας διάσπασης του αερίου με σπινθήρα. Αυτή η τάση ονομάζεται τάση διάσπασης. Η εμφάνιση της βλάβης εξηγείται ως εξής. Υπάρχει πάντα μια ορισμένη ποσότητα ιόντων και ηλεκτρονίων σε ένα αέριο, που προκύπτει από τυχαίες αιτίες. Συνήθως, όμως, ο αριθμός τους είναι τόσο μικρός που το αέριο πρακτικά δεν μεταφέρει ηλεκτρισμό. Σε σχετικά χαμηλές εντάσεις πεδίου, που συναντάμε στη μελέτη της μη αυτοσυντηρούμενης αγωγιμότητας των αερίων, οι συγκρούσεις ιόντων που κινούνται σε ηλεκτρικό πεδίο με ουδέτερα μόρια αερίου συμβαίνουν με τον ίδιο τρόπο όπως οι συγκρούσεις ελαστικών σφαιρών. Σε κάθε σύγκρουση, το κινούμενο σωματίδιο μεταφέρει μέρος της κινητικής του ενέργειας στο σωματίδιο ηρεμίας, και τα δύο σωματίδια πετούν χώρια μετά την πρόσκρουση, αλλά δεν συμβαίνουν εσωτερικές αλλαγές σε αυτά. Ωστόσο, με επαρκή ένταση πεδίου, η κινητική ενέργεια που συσσωρεύεται από το ιόν μεταξύ δύο συγκρούσεων μπορεί να γίνει αρκετή για να ιονίσει ένα ουδέτερο μόριο κατά τη σύγκρουση. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται ένα νέο αρνητικό ηλεκτρόνιο και ένα θετικά φορτισμένο υπόλειμμα, ένα ιόν. Μια τέτοια διαδικασία ιονισμού ονομάζεται ιονισμός κρούσης και το έργο που πρέπει να δαπανηθεί για να παραχθεί μια αποκόλληση ηλεκτρονίων από ένα άτομο ονομάζεται έργο ιονισμού. Η τιμή του έργου ιονισμού εξαρτάται από τη δομή του ατόμου και επομένως είναι διαφορετική για διαφορετικά αέρια. Τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα που σχηματίζονται υπό την επίδραση του ιονισμού κρούσης αυξάνουν τον αριθμό των φορτίων στο αέριο και με τη σειρά τους τίθενται σε κίνηση υπό τη δράση ενός ηλεκτρικού πεδίου και μπορούν να προκαλέσουν ιονισμό κρούσης νέων ατόμων. Έτσι, αυτή η διαδικασία «ενισχύεται» και ο ιονισμός στο αέριο φτάνει γρήγορα σε πολύ μεγάλη τιμή. Όλα τα φαινόμενα είναι αρκετά ανάλογα με μια χιονοστιβάδα στα βουνά, για την προέλευση της οποίας αρκεί ένα ασήμαντο κομμάτι χιονιού. Επομένως, η περιγραφόμενη διαδικασία ονομάστηκε χιονοστιβάδα ιόντων. Ο σχηματισμός μιας χιονοστιβάδας ιόντων είναι η διαδικασία διάσπασης του σπινθήρα και η ελάχιστη τάση στην οποία εμφανίζεται μια χιονοστιβάδα ιόντων είναι η τάση διάσπασης. Βλέπουμε ότι σε περίπτωση διάσπασης σπινθήρα, η αιτία του ιονισμού αερίου είναι η καταστροφή ατόμων και μορίων σε συγκρούσεις με ιόντα. Ένας από τους φυσικούς εκπροσώπους της εκκένωσης σπινθήρα είναι ο κεραυνός - όμορφος και όχι ασφαλής.
έκκριση κορώνας. Η εμφάνιση χιονοστιβάδας ιόντων δεν οδηγεί πάντα σε σπινθήρα, αλλά μπορεί επίσης να προκαλέσει διαφορετικό τύπο εκκένωσης - εκκένωση κορώνας. Ας τεντώσουμε σε δύο υψηλά μονωτικά στηρίγματα ένα μεταλλικό σύρμα ΑΒ με διάμετρο μερικών δέκατων του χιλιοστού και ας το συνδέσουμε στον αρνητικό πόλο μιας γεννήτριας δίνοντας τάση πολλών χιλιάδων βολτ, για παράδειγμα, σε μια καλή ηλεκτρική μηχανή. Θα πάρουμε τον δεύτερο πόλο της γεννήτριας στη Γη. Θα πάρουμε ένα είδος πυκνωτή, οι πλάκες του οποίου είναι το σύρμα μας και οι τοίχοι του δωματίου, που φυσικά επικοινωνούν με τη Γη. Το πεδίο σε αυτόν τον πυκνωτή είναι πολύ ανομοιόμορφο και η έντασή του είναι πολύ υψηλή κοντά σε ένα λεπτό σύρμα. Αυξάνοντας σταδιακά την τάση και παρατηρώντας το καλώδιο στο σκοτάδι, μπορεί κανείς να παρατηρήσει ότι σε μια γνωστή τάση, μια αδύναμη λάμψη («στέμμα») εμφανίζεται κοντά στο καλώδιο, που καλύπτει το καλώδιο από όλες τις πλευρές. συνοδεύεται από ένα σφύριγμα και ένα ελαφρύ κροτάλισμα. Εάν ένα ευαίσθητο γαλβανόμετρο είναι συνδεδεμένο μεταξύ του καλωδίου και της πηγής, τότε με την εμφάνιση μιας λάμψης, το γαλβανόμετρο δείχνει ένα αξιοσημείωτο ρεύμα που πηγαίνει από τη γεννήτρια κατά μήκος των καλωδίων στο καλώδιο και από αυτήν μέσω του αέρα του δωματίου στους τοίχους που συνδέονται στον άλλο πόλο της γεννήτριας. Το ρεύμα στον αέρα μεταξύ του σύρματος ΑΒ και των τοιχωμάτων μεταφέρεται από ιόντα που σχηματίζονται στον αέρα λόγω ιονισμού κρούσης. Έτσι, η λάμψη του αέρα και η εμφάνιση ρεύματος υποδηλώνουν ισχυρό ιονισμό του αέρα υπό τη δράση ηλεκτρικού πεδίου. Η εκκένωση κορώνας μπορεί να συμβεί όχι μόνο στο σύρμα, αλλά και στην άκρη και γενικά σε όλα τα ηλεκτρόδια, κοντά στα οποία σχηματίζεται ένα πολύ ισχυρό ανομοιογενές πεδίο.
Εφαρμογή αποβολής κορωνοϊού
1) Ηλεκτρικός καθαρισμός αερίου (ηλεκτρικά φίλτρα). Ένα δοχείο γεμάτο καπνό γίνεται ξαφνικά εντελώς διαφανές όταν εισάγονται αιχμηρά μεταλλικά ηλεκτρόδια σε αυτό, συνδεδεμένα με μια ηλεκτρική μηχανή. Μέσα στον γυάλινο σωλήνα υπάρχουν δύο ηλεκτρόδια: ένας μεταλλικός κύλινδρος και ένα λεπτό μεταλλικό σύρμα που κρέμεται κατά μήκος του άξονά του. Τα ηλεκτρόδια συνδέονται με μια ηλεκτρική μηχανή. Εάν ένα ρεύμα καπνού (ή σκόνης) διοχετευθεί μέσω του σωλήνα και το μηχάνημα τεθεί σε κίνηση, μόλις η τάση είναι επαρκής για να σχηματιστεί κορώνα, το εξερχόμενο ρεύμα αέρα θα γίνει εντελώς καθαρό και διαφανές, και όλο στερεό και Τα υγρά σωματίδια που περιέχονται στο αέριο θα εναποτεθούν στα ηλεκτρόδια.
Η εξήγηση για την εμπειρία είναι η εξής. Μόλις το στέμμα αναφλεγεί κοντά στο σύρμα, ο αέρας μέσα στο σωλήνα ιονίζεται έντονα. Τα ιόντα αερίων, που συγκρούονται με σωματίδια σκόνης, «κολλάνε» στα τελευταία και τα φορτίζουν. Δεδομένου ότι ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο δρα μέσα στον σωλήνα, τα φορτισμένα σωματίδια κινούνται υπό τη δράση του πεδίου στα ηλεκτρόδια, όπου καθιζάνουν. Το περιγραφόμενο φαινόμενο βρίσκεται επί του παρόντος ως τεχνική εφαρμογή για τον καθαρισμό βιομηχανικών αερίων σε μεγάλους όγκους από στερεές και υγρές ακαθαρσίες.
2) Μετρητές στοιχειωδών σωματιδίων. Η εκκένωση κορώνας αποτελεί τη βάση της λειτουργίας εξαιρετικά σημαντικών φυσικών συσκευών: των λεγόμενων μετρητών στοιχειωδών σωματιδίων (ηλεκτρόνια, καθώς και άλλα στοιχειώδη σωματίδια που σχηματίζονται κατά τη διάρκεια ραδιενεργών μετασχηματισμών). Ένας τύπος μετρητή (μετρητής Geiger-Muller) φαίνεται στο Σχήμα 1.
Αποτελείται από έναν μικρό μεταλλικό κύλινδρο Α, εφοδιασμένο με παράθυρο, και ένα λεπτό μεταλλικό σύρμα τεντωμένο γύρω από τον άξονα του κυλίνδρου και μονωμένο από αυτόν. Ο μετρητής συνδέεται με ένα κύκλωμα που περιέχει μια πηγή τάσης V αρκετών χιλιάδων βολτ. Η τάση επιλέγεται έτσι ώστε να είναι ελαφρώς μικρότερη από την "κρίσιμη", δηλαδή, απαραίτητη για την ανάφλεξη της εκκένωσης κορώνας μέσα στο μετρητή. Όταν ένα ταχέως κινούμενο ηλεκτρόνιο εισέρχεται στον απαριθμητή, το τελευταίο ιονίζει τα μόρια αερίου μέσα στον μετρητή, γεγονός που προκαλεί την κάπως μείωση της τάσης που απαιτείται για την ανάφλεξη του στέμματος. Παρουσιάζεται εκφόρτιση στον μετρητή και ένα ασθενές βραχυπρόθεσμο ρεύμα εμφανίζεται στο κύκλωμα.
Το ρεύμα που προκύπτει στο μετρητή είναι τόσο ασθενές που είναι δύσκολο να το ανιχνεύσουμε με ένα συνηθισμένο γαλβανόμετρο. Ωστόσο, μπορεί να γίνει αρκετά αισθητό εάν μια πολύ μεγάλη αντίσταση R εισαχθεί στο κύκλωμα και συνδεθεί παράλληλα ένα ευαίσθητο ηλεκτρόμετρο Ε. Όταν εμφανίζεται ρεύμα I στο κύκλωμα, δημιουργείται τάση U στα άκρα του αντίσταση, ίση με το νόμο του Ohm U = IxR. Εάν επιλέξουμε μια τιμή αντίστασης R πολύ μεγάλη (πολλά εκατομμύρια ohms), αλλά πολύ μικρότερη από την αντίσταση του ίδιου του ηλεκτρομέτρου, τότε ακόμη και ένα πολύ μικρό ρεύμα θα προκαλέσει μια αισθητή τάση. Επομένως, με κάθε χτύπημα ενός γρήγορου ηλεκτρονίου μέσα στον μετρητή, το φυλλάδιο του ηλεκτρομέτρου θα δώσει μια απόρριψη.
Τέτοιοι μετρητές καθιστούν δυνατή την καταγραφή όχι μόνο γρήγορων ηλεκτρονίων, αλλά γενικά τυχόν φορτισμένων, ταχέως κινούμενων σωματιδίων ικανών να παράγουν ιονισμό αερίου μέσω συγκρούσεων. Οι σύγχρονοι μετρητές μπορούν εύκολα να ανιχνεύσουν ακόμη και ένα μόνο σωματίδιο που εισέρχεται σε αυτούς και, ως εκ τούτου, καθιστούν δυνατό να βεβαιωθείτε με απόλυτη βεβαιότητα και πολύ μεγάλη σαφήνεια ότι στοιχειώδη σωματίδια υπάρχουν πραγματικά στη φύση.
εκκένωση τόξου. Το 1802, ο V.V. Petrov διαπίστωσε ότι εάν δύο κομμάτια κάρβουνου συνδεθούν στους πόλους μιας μεγάλης ηλεκτρολυτικής μπαταρίας και, φέρνοντας τα κάρβουνα σε επαφή, τα διαχωρίσουν ελαφρώς, τότε σχηματίζεται μια λαμπερή φλόγα μεταξύ των άκρων των κάρβουνων και των άκρων του τα ίδια τα κάρβουνα γίνονται λευκά καυτά. Εκπέμποντας εκθαμβωτικό φως (ηλεκτρικό τόξο). Αυτό το φαινόμενο παρατηρήθηκε ανεξάρτητα επτά χρόνια αργότερα από τον Άγγλο χημικό Davy, ο οποίος πρότεινε να ονομαστεί αυτό το τόξο «βολταϊκό» από το Volta.
Συνήθως, το δίκτυο φωτισμού τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα. Το τόξο, όμως, καίγεται πιο σταθερά αν περάσει σταθερό ρεύμα από μέσα του, έτσι ώστε το ένα ηλεκτρόδιο του να είναι πάντα θετικό (άνοδος) και το άλλο αρνητικό (κάθοδος). Ανάμεσα στα ηλεκτρόδια υπάρχει μια στήλη θερμού αερίου, ένας καλός αγωγός του ηλεκτρισμού. Στα συνηθισμένα τόξα, αυτός ο πυλώνας εκπέμπει πολύ λιγότερο φως από τα καυτά κάρβουνα. Ο θετικός άνθρακας, που έχει υψηλότερη θερμοκρασία, καίγεται πιο γρήγορα από τον αρνητικό άνθρακα. Λόγω της ισχυρής εξάχνωσης του άνθρακα, σχηματίζεται μια κοιλότητα - ένας θετικός κρατήρας, που είναι το πιο καυτό μέρος των ηλεκτροδίων. Η θερμοκρασία του κρατήρα στον αέρα σε ατμοσφαιρική πίεση φτάνει τους 4000 °C.
Το τόξο μπορεί επίσης να καεί ανάμεσα σε μεταλλικά ηλεκτρόδια (σίδερο, χαλκό κ.λπ.). Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόδια λιώνουν και εξατμίζονται γρήγορα, γεγονός που καταναλώνει πολλή θερμότητα. Επομένως, η θερμοκρασία του κρατήρα ενός μεταλλικού ηλεκτροδίου είναι συνήθως χαμηλότερη από αυτή ενός ηλεκτροδίου άνθρακα (2000-2500 °C).
Προκαλώντας την καύση ενός τόξου μεταξύ των ηλεκτροδίων άνθρακα σε ένα συμπιεσμένο αέριο (περίπου 20 atm), ήταν δυνατό να φτάσει η θερμοκρασία του θετικού κρατήρα στους 5900 °C, δηλαδή στη θερμοκρασία της επιφάνειας του Ήλιου. Υπό αυτές τις συνθήκες, παρατηρήθηκε τήξη άνθρακα.
Ακόμη υψηλότερη θερμοκρασία κατέχει μια στήλη αερίων και ατμών, μέσω της οποίας συμβαίνει ηλεκτρική εκκένωση. Ο σφοδρός βομβαρδισμός αυτών των αερίων και ατμών από ηλεκτρόνια και ιόντα που οδηγούνται από το ηλεκτρικό πεδίο του τόξου φέρνει τη θερμοκρασία των αερίων στη στήλη στους 6000-7000°. Ως εκ τούτου, στη στήλη τόξου, σχεδόν όλες οι γνωστές ουσίες τήκονται και μετατρέπονται σε ατμό, και καθίστανται δυνατές πολλές χημικές αντιδράσεις που δεν λαμβάνουν χώρα σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. Δεν είναι δύσκολο, για παράδειγμα, να λιώσετε πυρίμαχα ραβδιά πορσελάνης σε φλόγα τόξου.
Για να διατηρηθεί μια εκφόρτιση τόξου, χρειάζεται μια μικρή τάση: το τόξο καίγεται καλά όταν η τάση στα ηλεκτρόδιά του είναι 40-45 V. Το ρεύμα στο τόξο είναι αρκετά σημαντικό. Έτσι, για παράδειγμα, ακόμη και σε ένα μικρό τόξο, ρέει ρεύμα περίπου 5 Α και σε μεγάλα τόξα που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία, το ρεύμα φτάνει τα εκατοντάδες αμπέρ. Αυτό δείχνει ότι η αντίσταση του τόξου είναι μικρή. Κατά συνέπεια, η φωτεινή στήλη αερίου μεταφέρει επίσης καλά τον ηλεκτρισμό.
Ένας τόσο ισχυρός ιονισμός του αερίου είναι δυνατός μόνο λόγω του γεγονότος ότι η κάθοδος τόξου εκπέμπει πολλά ηλεκτρόνια, τα οποία ιονίζουν το αέριο στον χώρο εκκένωσης με τις κρούσεις τους. Η ισχυρή εκπομπή ηλεκτρονίων από την κάθοδο εξασφαλίζεται από το γεγονός ότι η ίδια η κάθοδος τόξου θερμαίνεται σε πολύ υψηλή θερμοκρασία (από 2200° έως 3500°C ανάλογα με το υλικό). Όταν φέρνουμε αρχικά τα κάρβουνα σε επαφή για να αναφλεγεί το τόξο, τότε στο σημείο επαφής, που έχει πολύ υψηλή αντίσταση, απελευθερώνεται σχεδόν όλη η θερμότητα Joule του ρεύματος που διέρχεται από τα κάρβουνα. Επομένως, τα άκρα των κάρβουνων είναι πολύ ζεστά και αυτό αρκεί για να ξεσπάσει ένα τόξο μεταξύ τους όταν απομακρυνθούν. Στο μέλλον, η κάθοδος του τόξου διατηρείται σε θερμαινόμενη κατάσταση από το ίδιο το ρεύμα, που περνά μέσα από το τόξο. Τον κύριο ρόλο σε αυτό παίζει ο βομβαρδισμός της καθόδου από θετικά ιόντα που πέφτουν πάνω της.
Εφαρμογή εκκένωσης τόξου
Λόγω της υψηλής θερμοκρασίας, τα ηλεκτρόδια τόξου εκπέμπουν εκθαμβωτικό φως και επομένως το ηλεκτρικό τόξο είναι μία από τις καλύτερες πηγές φωτός. Καταναλώνει μόνο περίπου 0,3 watt ανά κερί και είναι σημαντικά πιο οικονομικό. Από τους καλύτερους λαμπτήρες πυρακτώσεως. Το ηλεκτρικό τόξο χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά για φωτισμό από τον P. N. Yablochkov το 1875 και ονομάστηκε «Ρωσικό φως» ή «Βόρειο φως».
Το ηλεκτρικό τόξο χρησιμοποιείται επίσης για τη συγκόλληση μεταλλικών εξαρτημάτων (συγκόλληση με ηλεκτρικό τόξο). Επί του παρόντος, το ηλεκτρικό τόξο χρησιμοποιείται πολύ ευρέως σε βιομηχανικούς ηλεκτρικούς κλιβάνους. Στην παγκόσμια βιομηχανία, περίπου το 90% του χάλυβα εργαλείων και σχεδόν όλοι οι ειδικοί χάλυβες τήκονται σε ηλεκτρικούς κλιβάνους.
Μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζει ένα τόξο υδραργύρου που καίγεται σε σωλήνα χαλαζία, ο λεγόμενος λαμπτήρας χαλαζία. Σε αυτόν τον λαμπτήρα, η εκκένωση τόξου δεν συμβαίνει στον αέρα, αλλά σε μια ατμόσφαιρα ατμών υδραργύρου, για την οποία μια μικρή ποσότητα υδραργύρου εισάγεται στη λάμπα και ο αέρας αντλείται έξω. Το φως του τόξου υδραργύρου είναι εξαιρετικά πλούσιο σε αόρατες υπεριώδεις ακτίνες, οι οποίες έχουν ισχυρές χημικές και φυσιολογικές επιδράσεις. Οι λαμπτήρες υδραργύρου χρησιμοποιούνται ευρέως στη θεραπεία διαφόρων ασθενειών («τεχνητός ήλιος του βουνού»), καθώς και στην επιστημονική έρευνα ως ισχυρή πηγή υπεριώδους ακτινοβολίας.
εκκένωση λάμψης. Εκτός από τον σπινθήρα, το στέμμα και το τόξο, υπάρχει μια άλλη μορφή αυτοεκφόρτισης στα αέρια - η λεγόμενη εκκένωση λάμψης. Για να αποκτήσετε αυτό το είδος εκκένωσης, είναι βολικό να χρησιμοποιήσετε έναν γυάλινο σωλήνα μήκους περίπου μισού μέτρου, που περιέχει δύο μεταλλικά ηλεκτρόδια. Θα συνδέσουμε τα ηλεκτρόδια σε μια πηγή συνεχούς ρεύματος με τάση αρκετών χιλιάδων βολτ (ενδείκνυται ένα ηλεκτρικό μηχάνημα) και σταδιακά θα αντλήσουμε αέρα έξω από το σωλήνα. Σε ατμοσφαιρική πίεση, το αέριο μέσα στο σωλήνα παραμένει σκοτεινό, καθώς η εφαρμοζόμενη τάση πολλών χιλιάδων βολτ δεν είναι αρκετή για να διαπεράσει ένα μεγάλο διάκενο αερίου. Ωστόσο, όταν η πίεση του αερίου πέσει αρκετά, μια φωτεινή εκκένωση αναβοσβήνει στο σωλήνα. Έχει τη μορφή λεπτού κορδονιού (βυσσινί στον αέρα, άλλα χρώματα σε άλλα αέρια) που συνδέει και τα δύο ηλεκτρόδια. Σε αυτή την κατάσταση, η στήλη αερίου άγει καλά τον ηλεκτρισμό.
Με περαιτέρω εκκένωση, το φωτεινό καλώδιο θολώνει και διαστέλλεται και η λάμψη γεμίζει σχεδόν ολόκληρο τον σωλήνα. Διακρίνετε τα ακόλουθα δύο μέρη της εκκένωσης: 1) μη φωτεινό τμήμα δίπλα στην κάθοδο, που ονομάζεται σκοτεινός χώρος καθόδου. 2) μια φωτεινή στήλη αερίου που γεμίζει τον υπόλοιπο σωλήνα, μέχρι την ίδια την άνοδο. Αυτό το τμήμα της εκκένωσης ονομάζεται θετική στήλη.
Και να πώς λειτουργεί. Σε μια εκκένωση πυράκτωσης, το αέριο άγει καλά τον ηλεκτρισμό, πράγμα που σημαίνει ότι ο ισχυρός ιονισμός διατηρείται στο αέριο όλη την ώρα. Σε αυτή την περίπτωση, σε αντίθεση με την εκκένωση τόξου, η κάθοδος παραμένει κρύα όλη την ώρα. Γιατί συμβαίνει ο σχηματισμός ιόντων σε αυτή την περίπτωση;
Η πτώση του δυναμικού ή της τάσης ανά εκατοστό του μήκους της στήλης αερίου σε μια εκκένωση πυράκτωσης είναι πολύ διαφορετική σε διαφορετικά μέρη της εκκένωσης. Αποδεικνύεται ότι σχεδόν ολόκληρη η πιθανή πτώση πέφτει στο σκοτεινό διάστημα. Η διαφορά δυναμικού που υπάρχει μεταξύ της καθόδου και του πλησιέστερου σε αυτήν ορίου του χώρου ονομάζεται πτώση δυναμικού καθόδου. Μετριέται σε εκατοντάδες, και σε ορισμένες περιπτώσεις χιλιάδες βολτ. Ολόκληρη η εκκένωση φαίνεται να υπάρχει λόγω αυτής της πτώσης καθόδου.
Η σημασία της πτώσης της καθόδου είναι ότι τα θετικά ιόντα, που διατρέχουν αυτή τη μεγάλη διαφορά δυναμικού, αποκτούν μεγαλύτερη ταχύτητα. Δεδομένου ότι η πτώση της καθόδου συγκεντρώνεται σε ένα λεπτό στρώμα αερίου, δεν υπάρχουν σχεδόν καμία σύγκρουση ιόντων με άτομα αερίου και επομένως, περνώντας από την περιοχή πτώσης καθόδου, τα ιόντα αποκτούν πολύ μεγάλη κινητική ενέργεια. Ως αποτέλεσμα, όταν συγκρούονται με την κάθοδο, εκτοξεύουν μια ορισμένη ποσότητα ηλεκτρονίων από αυτήν, τα οποία αρχίζουν να κινούνται προς την άνοδο. Περνώντας μέσα από το σκοτεινό χώρο, τα ηλεκτρόνια, με τη σειρά τους, επιταχύνονται από την πτώση του καθοδικού δυναμικού και, κατά τη σύγκρουση με άτομα αερίου στο πιο απομακρυσμένο τμήμα της εκκένωσης, προκαλούν ιονισμό κρούσης. Τα θετικά ιόντα που προκύπτουν σε αυτή την περίπτωση επιταχύνονται και πάλι από την πτώση της καθόδου και εξουδετερώνουν νέα ηλεκτρόνια από την κάθοδο κ.λπ. Έτσι, όλα επαναλαμβάνονται μέχρι να υπάρξει τάση στα ηλεκτρόδια.
Αυτό σημαίνει ότι βλέπουμε ότι τα αίτια του ιονισμού αερίου σε μια εκκένωση λάμψης είναι ο ιονισμός κρούσης και η εκτόξευση ηλεκτρονίων από την κάθοδο από θετικά ιόντα.
Αυτή η εκκένωση χρησιμοποιείται κυρίως για φωτισμό. Εφαρμόζεται σε λαμπτήρες φθορισμού.

Η λέξη "πλάσμα" (από τα ελληνικά. "πλάσμα" - "διακοσμημένο") στα μέσα του XIX αιώνα. άρχισαν να αποκαλούν το άχρωμο μέρος του αίματος (χωρίς κόκκινα και λευκά σώματα) και το υγρό που γεμίζει τα ζωντανά κύτταρα. Το 1929, οι Αμερικανοί φυσικοί Irving Langmuir (1881-1957) και Levi Tonko (1897-1971) ονόμασαν το ιονισμένο αέριο σε ένα σωλήνα εκκένωσης αερίου πλάσμα. Ο Άγγλος φυσικός William Crookes (1832-1919), ο οποίος μελέτησε την ηλεκτρική εκκένωση σε σωλήνες με σπάνιο αέρα, έγραψε: «Τα φαινόμενα σε εκκενωμένους σωλήνες ανοίγουν έναν νέο κόσμο για τη φυσική επιστήμη, στον οποίο η ύλη μπορεί να υπάρχει στην τέταρτη κατάσταση». Οποιαδήποτε ουσία αλλάζει την κατάστασή της ανάλογα με τη θερμοκρασία. Έτσι, το νερό σε αρνητικές θερμοκρασίες (Κελσίου) βρίσκεται σε στερεή κατάσταση, στην περιοχή από 0 έως 100 "C - σε υγρή κατάσταση, πάνω από 100 ° C - σε αέρια κατάσταση. Εάν η θερμοκρασία συνεχίσει να αυξάνεται, άτομα και μόρια αρχίζουν να χάνουν τα ηλεκτρόνια τους - ιονίζονται και το αέριο μετατρέπεται σε πλάσμα. Σε θερμοκρασίες πάνω από 1.000.000 ° C, το πλάσμα είναι απολύτως ιονισμένο - αποτελείται μόνο από ηλεκτρόνια και θετικά ιόντα. Το πλάσμα είναι η πιο κοινή κατάσταση της ύλης στη φύση. περίπου το 99% της μάζας του σύμπαντος.Ήλιος, τα περισσότερα αστέρια, νεφελώματα - αυτό είναι ένα εντελώς ιονισμένο πλάσμα. Το εξωτερικό μέρος της ατμόσφαιρας της γης (ιονόσφαιρα) είναι επίσης πλάσμα. Οι ζώνες ακτινοβολίας που περιέχουν πλάσμα βρίσκονται ακόμη ψηλότερα. Σέλας, κεραυνοί , συμπεριλαμβανομένων των σφαιρών, είναι όλοι διαφορετικοί τύποι πλάσματος που μπορούν να παρατηρηθούν σε φυσικές συνθήκες στη Γη Και μόνο ένα ασήμαντο μέρος του Σύμπαντος αποτελείται από ύλη σε στερεή κατάσταση - πλανήτες, αστεροειδείς και νεφελώματα σκόνης. Το πλάσμα στη φυσική εννοείται ως ένα αέριο που αποτελείται από ηλεκτρικά φορτισμένων και ουδέτερων σωματιδίων, στα οποία το συνολικό ηλεκτρικό φορτίο είναι μηδέν, t. η συνθήκη της οιονεί ουδετερότητας ικανοποιείται (επομένως, για παράδειγμα, μια δέσμη ηλεκτρονίων που πετάει στο κενό δεν είναι πλάσμα: φέρει αρνητικό φορτίο). Το ΠΛΑΣΜΑ είναι ένα μερικώς ή πλήρως ιονισμένο αέριο στο οποίο οι πυκνότητες θετικών και αρνητικών φορτίων είναι σχεδόν ίδιες. Υπό εργαστηριακές συνθήκες, το πλάσμα σχηματίζεται σε ηλεκτρική εκκένωση σε ένα αέριο, στις διαδικασίες της καύσης και της έκρηξης. Όταν η δέσμη λέιζερ εστιάστηκε από έναν φακό, μια σπίθα έλαμψε στον αέρα στην περιοχή εστίασης και σχηματίστηκε ένα πλάσμα εκεί. Αυτό προκάλεσε μεγάλο ενδιαφέρον μεταξύ των φυσικών. Τα πρώτα ηλεκτρόνια σπόρων εμφανίζονται ως αποτέλεσμα της εκτίναξής τους από τα άτομα του μέσου μετά την ταυτόχρονη απορρόφηση πολλών φωτονίων ενός φωτεινού κύματος. Η ενέργεια κάθε φωτονίου ενός ρουμπινιού λέιζερ είναι 1,78 eV. Περαιτέρω, το ελεύθερο ηλεκτρόνιο, απορροφώντας φωτόνια, φτάνει σε ενέργεια 10 eV, επαρκή για ιονισμό και τη γέννηση ενός νέου ηλεκτρονίου στη διαδικασία σύγκρουσης με τα άτομα του μέσου. Η εκκένωση μπορεί να καεί για μεγάλο χρονικό διάστημα και να λάμπει με ένα εκθαμβωτικό λευκό φως, είναι αδύνατο να το κοιτάξετε χωρίς σκούρα γυαλιά. Η ασυνήθιστα υψηλή θερμοκρασία, μια μοναδική ιδιότητα ενός οπτικού φορτίου, παρουσιάζει μεγάλες ευκαιρίες για τη χρήση του ως πηγή φωτός. Η δυνατότητα δημιουργίας νήματος πλάσματος με φως λέιζερ ανοίγει δυνατότητες μετάδοσης ενέργειας σε απόσταση. Οι φορείς φορτίου στο πλάσμα είναι τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα του ιονισμού αερίου. Ο λόγος του αριθμού των ιονισμένων ατόμων προς τον συνολικό αριθμό τους ανά μονάδα όγκου πλάσματος ονομάζεται βαθμός ιοντισμού του πλάσματος (a). Ανάλογα με την τιμή του a, μιλάμε για ασθενώς ιονισμένο (a - κλάσματα του ποσοστού), μερικώς ιονισμένο (α - λίγα τοις εκατό) έως πλήρως ιονισμένο (το a είναι κοντά στο 100%) πλάσμα. Οι μέσες κινητικές ενέργειες διαφορετικών τύπων σωματιδίων που συνθέτουν ένα πλάσμα μπορεί να είναι διαφορετικές. Επομένως, στη γενική περίπτωση, το πλάσμα χαρακτηρίζεται όχι από μία τιμή θερμοκρασίας, αλλά από πολλές - διακρίνουν μεταξύ της θερμοκρασίας ηλεκτρονίων Te, της θερμοκρασίας ιόντων Ti και της θερμοκρασίας των ουδέτερων ατόμων Ta. Πλάσμα με θερμοκρασία ιόντων Ti< 105 К называют низкотемпературной, а с Тi >106 K - υψηλή θερμοκρασία. Το πλάσμα υψηλής θερμοκρασίας είναι το κύριο αντικείμενο έρευνας για την CTF (ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη). Το πλάσμα χαμηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιείται σε πηγές φωτός εκκένωσης αερίου, λέιζερ αερίου, γεννήτριες MHD, κ.λπ. Το πλάσμα χρησιμοποιείται ευρύτερα στη μηχανική φωτισμού - σε λαμπτήρες εκκένωσης αερίου που φωτίζουν δρόμους και λαμπτήρες φθορισμού που χρησιμοποιούνται σε εσωτερικούς χώρους. Και επιπλέον, σε μια ποικιλία συσκευών εκκένωσης αερίου: ανορθωτές ηλεκτρικού ρεύματος, σταθεροποιητές τάσης, ενισχυτές πλάσματος και γεννήτριες μικροκυμάτων, μετρητές κοσμικών σωματιδίων. Όλα τα λεγόμενα λέιζερ αερίου (ήλιο-νέον, κρυπτόν, διοξείδιο του άνθρακα, κ.λπ.) είναι στην πραγματικότητα πλάσμα: τα μείγματα αερίων σε αυτά ιονίζονται από ηλεκτρική εκκένωση. Οι χαρακτηριστικές ιδιότητες ενός πλάσματος κατέχονται από ηλεκτρόνια αγωγιμότητας σε ένα μέταλλο (ιόντα στερεωμένα άκαμπτα στο κρυσταλλικό πλέγμα εξουδετερώνουν τα φορτία τους), ένα σύνολο ελεύθερων ηλεκτρονίων και κινητές «οπές» (κενές θέσεις) σε ημιαγωγούς. Επομένως, τέτοια συστήματα ονομάζονται πλάσμα στερεών.Το αέριο πλάσμα συνήθως χωρίζεται σε χαμηλή θερμοκρασία - έως 100 χιλιάδες βαθμούς και σε υψηλή θερμοκρασία - έως 100 εκατομμύρια βαθμούς. Υπάρχουν γεννήτριες πλάσματος χαμηλής θερμοκρασίας - πυρσοί πλάσματος που χρησιμοποιούν ηλεκτρικό τόξο. Χρησιμοποιώντας ένα φακό πλάσματος, μπορείτε να θερμάνετε σχεδόν οποιοδήποτε αέριο έως και 7000-10000 βαθμούς σε εκατοστά και χιλιοστά του δευτερολέπτου. Με τη δημιουργία του πυρσού πλάσματος, προέκυψε ένα νέο πεδίο επιστήμης - η χημεία του πλάσματος: πολλές χημικές αντιδράσεις επιταχύνονται ή προχωρούν μόνο σε πίδακα πλάσματος. Τα Plasmatron χρησιμοποιούνται τόσο στη βιομηχανία εξόρυξης όσο και στην κοπή μετάλλων. Έχουν επίσης δημιουργηθεί κινητήρες πλάσματος και μαγνητοϋδροδυναμικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας. Αναπτύσσονται διάφορα σχήματα επιτάχυνσης φορτισμένων σωματιδίων στο πλάσμα. Το κεντρικό καθήκον της φυσικής του πλάσματος είναι το πρόβλημα της ελεγχόμενης θερμοπυρηνικής σύντηξης. Οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις ονομάζονται αντιδράσεις σύντηξης βαρύτερων πυρήνων από πυρήνες ελαφρών στοιχείων (κυρίως ισότοπα υδρογόνου - δευτέριο D και τρίτιο Τ), που συμβαίνουν σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες (> 108 K και άνω) Υπό φυσικές συνθήκες, οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις συμβαίνουν στον Ήλιο: πυρήνες υδρογόνου ενώνονται μεταξύ τους, σχηματίζοντας πυρήνες ηλίου, ενώ απελευθερώνεται σημαντική ποσότητα ενέργειας. Μια τεχνητή αντίδραση σύντηξης πραγματοποιήθηκε σε μια βόμβα υδρογόνου.

Στείλτε την καλή δουλειά σας στη βάση γνώσεων είναι απλή. Χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα

Φοιτητές, μεταπτυχιακοί φοιτητές, νέοι επιστήμονες που χρησιμοποιούν τη βάση γνώσεων στις σπουδές και την εργασία τους θα σας είναι πολύ ευγνώμονες.

Δημοσιεύτηκε στις http://www.allbest.ru/

Εθνική Έρευνα Τομσκ Πολυτεχνείο

Τμήμα Μηχανικών Υψηλής Τάσης και Ηλεκτροφυσικής

πρόγραμμα μαθήματος

Θέμα "Εφαρμοσμένη Φυσική και Χημεία Πλάσματος"

εκκένωση τόξου

Συμπληρώθηκε από μαθητή της ομάδας 4ТМ41

Ashirbaev M.E.

Έλεγχος από τον καθηγητή, d.f.-m.s. TEVN

Pushkarev A.I.

Τομσκ, 2015

εκφόρτιση τόξου καθοδικό ρεύμα-τάση

1. Γενικές πληροφορίες

2. Ιδιότητες της εκκένωσης τόξου

2.1 Σχηματισμός τόξου

2.2 Σημείο καθόδου. Εμφάνιση και ξεχωριστά μέρη της εκκένωσης τόξου

2.3 Κατανομή δυναμικού και χαρακτηριστικό ρεύμα-τάσης κατά την εκφόρτιση τόξου

2.4 Θερμοκρασία και ακτινοβολία επιμέρους τμημάτων της εκκένωσης τόξου

2.5 Δημιουργία συνεχών ταλαντώσεων με χρήση ηλεκτρικού τόξου

3. Εφαρμογή εκκένωσης τόξου

3.1 Σύγχρονες μέθοδοι ηλεκτρικής επεξεργασίας

3.2 Συγκόλληση τόξου

3.3 Τεχνολογία πλάσματος

3.4 Συγκόλληση με πλάσμα

συμπέρασμα

Κατάλογος πηγών που χρησιμοποιήθηκαν

1. Γενικές πληροφορίες

Μια εκκένωση τόξου με τη μορφή ενός λεγόμενου ηλεκτρικού τόξου ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1802 από έναν Ρώσο επιστήμονα, καθηγητή φυσικής στη Στρατιωτική Ιατρική-Χειρουργική Ακαδημία της Αγίας Πετρούπολης και αργότερα έναν ακαδημαϊκό της Ακαδημίας Επιστημών της Αγίας Πετρούπολης , Βασίλι Βλαντιμίροβιτς Πετρόφ. Ο Petrov περιγράφει σε ένα από τα δημοσιευμένα βιβλία του τις πρώτες του παρατηρήσεις σχετικά με ένα ηλεκτρικό τόξο με τις ακόλουθες λέξεις:

«Εάν δύο ή τρία κάρβουνα τοποθετηθούν σε ένα γυάλινο πλακίδιο ή σε έναν πάγκο με γυάλινα πόδια ... και εάν οδηγοί με μεταλλική μόνωση ... συνδέονται και με τους δύο πόλους μιας τεράστιας μπαταρίας, φέρτε τους πιο κοντά μεταξύ τους σε απόσταση ενός σε τρεις γραμμές, τότε ανάμεσά τους υπάρχει ένα πολύ φωτεινό λευκό φως ή φλόγα, από την οποία αυτά τα κάρβουνα αναφλέγονται πιο γρήγορα ή πιο αργά και από την οποία η σκοτεινή ειρήνη μπορεί να φωτιστεί αρκετά καθαρά…».

Η πορεία προς το ηλεκτρικό τόξο ξεκίνησε από την αρχαιότητα. Ακόμη και ο Έλληνας Θαλής της Μιλήτου, που έζησε τον έκτο αιώνα π.Χ., γνώριζε την ιδιότητα του κεχριμπαριού να προσελκύει ελαφριά αντικείμενα όταν τρίβονται - φτερά, άχυρα, μαλλιά και ακόμη και να δημιουργεί σπινθήρες. Μέχρι τον δέκατο έβδομο αιώνα, αυτή ήταν η μόνη μέθοδος ηλεκτρισμού σωμάτων που δεν είχε πρακτική εφαρμογή. Οι επιστήμονες αναζητούν μια εξήγηση για αυτό το φαινόμενο.

Ο Άγγλος φυσικός William Gilbert (1544--1603) διαπίστωσε ότι άλλα σώματα (για παράδειγμα, πέτρινος κρύσταλλος, γυαλί), όπως το κεχριμπάρι, έχουν την ιδιότητα να έλκουν ελαφριά αντικείμενα μετά το τρίψιμο. Ονόμασε αυτές τις ιδιότητες ηλεκτρικές, εισάγοντας για πρώτη φορά αυτόν τον όρο σε χρήση (στα ελληνικά, το κεχριμπάρι είναι ένα ηλεκτρόνιο).

Ο βουργός του Μαγδεμβούργου Otto von Guericke (1602-1686) σχεδίασε μια από τις πρώτες ηλεκτρικές μηχανές. Ήταν μια ηλεκτροστατική μηχανή, η οποία ήταν μια σφαίρα θείου τοποθετημένη σε έναν άξονα. Ένας από τους πόλους ήταν ο ίδιος ο εφευρέτης. Όταν γύρισε η μανιβέλα, γαλαζωποί σπινθήρες πέταξαν από τις παλάμες του ικανοποιημένου μπιφτέκι με ένα ελαφρύ κροτάλισμα. Αργότερα, η μηχανή του Guericke βελτιώθηκε από άλλους εφευρέτες. Η μπάλα από θείο αντικαταστάθηκε από μια γυάλινη και αντί για τις παλάμες του ερευνητή, χρησιμοποιήθηκαν δερμάτινα μαξιλαράκια ως ένα από τα κοντάρια.

Μεγάλη σημασία είχε η εφεύρεση τον δέκατο όγδοο αιώνα του βάζου Leyden - ένας συμπυκνωτής, ο οποίος κατέστησε δυνατή τη συσσώρευση ηλεκτρικής ενέργειας. Ήταν ένα γυάλινο δοχείο γεμάτο με νερό τυλιγμένο σε αλουμινόχαρτο. Μια μεταλλική ράβδος περασμένη από φελλό βυθίστηκε στο νερό.

Ο Αμερικανός επιστήμονας Benjamin Franklin (1706-1790) απέδειξε ότι το νερό δεν παίζει κανένα ρόλο στη συλλογή ηλεκτρικών φορτίων, το γυαλί-διηλεκτρικό έχει αυτή την ιδιότητα.

Τα ηλεκτροστατικά μηχανήματα έχουν γίνει αρκετά διαδεδομένα, αλλά μόνο ως αστεία gizmos. Είναι αλήθεια ότι έγιναν προσπάθειες θεραπείας ασθενών με ηλεκτρισμό, αλλά είναι δύσκολο να πούμε ποιο ήταν το φυσιοθεραπευτικό αποτέλεσμα μιας τέτοιας θεραπείας.

Ο Γάλλος φυσικός Charles Coulomb (1736--1806) - ο ιδρυτής της ηλεκτροστατικής - το 1785 διαπίστωσε ότι η δύναμη αλληλεπίδρασης των ηλεκτρικών φορτίων είναι ανάλογη με τα μεγέθη τους και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της μεταξύ τους απόστασης.

Στη δεκαετία του σαράντα του δέκατου όγδοου αιώνα, ο Benjamin Franklin πρότεινε τη θεωρία ότι υπάρχει μόνο ένα είδος ηλεκτρισμού - μια ειδική ηλεκτρική ύλη, που αποτελείται από μικροσκοπικά σωματίδια που μπορούν να διεισδύσουν στην ουσία. Εάν υπάρχει περίσσεια ηλεκτρικής ύλης στο σώμα, είναι θετικά φορτισμένο, εάν είναι ελλιπής, το σώμα είναι αρνητικά φορτισμένο. Ο Φράνκλιν εισήγαγε στην πράξη τα σύμβολα συν και μείον, καθώς και τους όρους: πυκνωτής, αγωγός, φορτίο.

Ο M. V. Lomonosov (1711-1765), ο Leonard Euler (1707-1783), ο Franz Aepinus (1724-1802) και άλλοι επιστήμονες κατέληξαν σε πρωτότυπες θεωρίες για τη φύση του ηλεκτρισμού. Μέχρι το τέλος του δέκατου όγδοου αιώνα, οι ιδιότητες και η συμπεριφορά των σταθερών χρεώσεων είχαν μελετηθεί επαρκώς και εξηγηθεί σε κάποιο βαθμό. Ωστόσο, τίποτα δεν ήταν γνωστό για το ηλεκτρικό ρεύμα - κινούμενα φορτία, αφού δεν υπήρχε συσκευή που να μπορεί να κάνει μεγάλο αριθμό φορτίσεων να κινηθεί. Τα ρεύματα που αντλήθηκαν από το ηλεκτροστατικό μηχάνημα ήταν πολύ μικρά για να μετρηθούν.

2. Ιδιότητες της εκκένωσης τόξου

2.1 Σχηματισμός τόξου

Εάν η ισχύς του ρεύματος αυξάνεται σε μια εκκένωση πυράκτωσης, μειώνοντας την εξωτερική αντίσταση, τότε σε υψηλή ένταση ρεύματος, η τάση στους σφιγκτήρες του σωλήνα αρχίζει να πέφτει, η εκκένωση αναπτύσσεται γρήγορα και μετατρέπεται σε εκκένωση τόξου. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η μετάβαση γίνεται απότομα και σχεδόν συχνά οδηγεί σε βραχυκύκλωμα. Κατά την επιλογή της αντίστασης του εξωτερικού κυκλώματος, είναι δυνατό να σταθεροποιηθεί η μεταβατική μορφή της εκκένωσης και να παρατηρηθεί σε ορισμένες πιέσεις μια συνεχής μετάβαση μιας εκκένωσης λάμψης σε ένα τόξο. Παράλληλα με την πτώση τάσης μεταξύ των ηλεκτροδίων του σωλήνα, παρατηρείται αύξηση της θερμοκρασίας της καθόδου και σταδιακή μείωση της πτώσης της καθόδου.

Η χρήση της συνήθους μεθόδου ανάφλεξης ενός τόξου με την απομάκρυνση των ηλεκτροδίων οφείλεται στο γεγονός ότι το τόξο καίγεται σε σχετικά χαμηλές τάσεις δεκάδων βολτ, ενώ απαιτείται τάση της τάξης των δεκάδων kilovolt για την ανάφλεξη μιας εκκένωσης λάμψης σε ατμοσφαιρική πίεση. Η διαδικασία ανάφλεξης όταν τα ηλεκτρόδια απομακρύνονται εξηγείται από την τοπική θέρμανση των ηλεκτροδίων λόγω του σχηματισμού κακής επαφής μεταξύ τους τη στιγμή της διακοπής του κυκλώματος. Το ζήτημα της ανάπτυξης ενός τόξου όταν σπάει ένα κύκλωμα είναι τεχνικά σημαντικό όχι μόνο από την άποψη της απόκτησης "χρήσιμων" τόξων, αλλά και από την άποψη της καταπολέμησης των "επιβλαβών" τόξων, για παράδειγμα, με το σχηματισμό ενός τόξου όταν ανοίγει ένας διακόπτης μαχαιριού. Έστω L η αυτοεπαγωγή του κυκλώματος, W η αντίστασή του, b είναι το emf. Η πηγή ρεύματος U(I) είναι συνάρτηση του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης του τόξου. Τότε θα πρέπει να έχουμε:

b= L dI/dt+WI+U(I) (1)

LdI/dt=(b-WI)-U(I)=? (2)

Η διαφορά (b - WI) δεν είναι τίποτα περισσότερο από την τεταγμένη της άμεσης αντίστασης AB (Εικ. 1), και το U (I) είναι η τεταγμένη του χαρακτηριστικού τόξου για ένα δεδομένο I. Για να είναι αρνητικό το dI / dt, δηλ. Για να μειωθεί σίγουρα το ρεύμα I με το χρόνο και να μην σχηματιστεί σταθερό τόξο μεταξύ των ηλεκτροδίων του διακόπτη, είναι απαραίτητο να

Ρύζι. 1. Η σχετική θέση της γραμμής αντίστασης και η καμπύλη του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης ενός σταθερού τόξου για τις περιπτώσεις: α) όταν το τόξο δεν μπορεί να εμφανιστεί όταν το κύκλωμα είναι σπασμένο. β) όταν το τόξο εμφανίζεται σε μια διακοπή του διαστήματος ισχύος ρεύματος που αντιστοιχεί στα σημεία P και Q.

πήρε θέση?<0, т. е. надо, чтобы во всех точках характеристики соблюдалось неравенство U(I)>b-wi. Για να γίνει αυτό, το χαρακτηριστικό με όλα τα σημεία του πρέπει να βρίσκεται πάνω από τη γραμμή αντίστασης (Εικ. 1, α). Αυτό το απλό συμπέρασμα δεν λαμβάνει υπόψη την χωρητικότητα στο κύκλωμα και ισχύει μόνο για συνεχές ρεύμα.

Το σημείο τομής της άμεσης αντίστασης με την καμπύλη του χαρακτηριστικού ρεύματος-τάσης ενός σταθερού τόξου αντιστοιχεί στο χαμηλότερο όριο της ισχύος συνεχούς ρεύματος, στο οποίο μπορεί να προκύψει τόξο όταν σπάσει το κύκλωμα (Εικ. 1, β) . Στην περίπτωση ανοίγματος τόξου εναλλασσόμενου ρεύματος με διακόπτη μαχαιριού, ο οποίος σβήνει σε κάθε μετάβαση τάσης στο μηδέν, είναι σημαντικό οι συνθήκες που υπάρχουν στο διάκενο κατά το άνοιγμα να μην επιτρέπουν νέα ανάφλεξη του τόξου με επακόλουθη αύξηση στην τάση της πηγής ρεύματος. Αυτό απαιτεί το διάκενο εκφόρτισης να είναι επαρκώς απιονισμένο καθώς αυξάνεται η τάση. Σε διακόπτες υψηλών εναλλασσόμενων ρευμάτων, ο ενισχυμένος απιονισμός επιτυγχάνεται τεχνητά με την εισαγωγή ειδικών ηλεκτροδίων που αναρροφούν φορτισμένα σωματίδια αερίου λόγω διπολικής διάχυσης, καθώς και με μηχανική εμφύσηση ή με έκθεση της εκκένωσης σε μαγνητικό πεδίο. Σε υψηλές τάσεις χρησιμοποιούνται διακόπτες λαδιού.

2.2 κηλίδα καθόδου. Εμφάνιση και ξεχωριστά μέρη της εκκένωσης τόξου

Το σημείο της καθόδου, στερεωμένο στην κάθοδο άνθρακα, στην επιφάνεια του υγρού υδραργύρου βρίσκεται σε συνεχή ταχεία κίνηση. Η θέση του σημείου της καθόδου στην επιφάνεια του υγρού υδραργύρου μπορεί να στερεωθεί με μια μεταλλική ακίδα βυθισμένη στον υδράργυρο και να προεξέχει ελαφρώς από αυτόν.

Σε περίπτωση μικρής απόστασης μεταξύ της ανόδου και της καθόδου, η θερμική ακτινοβολία της ανόδου επηρεάζει έντονα τις ιδιότητες του σημείου της καθόδου. Σε αρκετά μεγάλη απόσταση μεταξύ της ανόδου και της καθόδου άνθρακα, οι διαστάσεις της κηλίδας της καθόδου τείνουν σε μια ορισμένη σταθερή οριακή τιμή και η περιοχή που καταλαμβάνει η κηλίδα καθόδου στο ηλεκτρόδιο άνθρακα στον αέρα είναι ανάλογη της ισχύος ρεύματος και αντιστοιχεί σε ατμοσφαιρική πίεση 470 A/cm² Για τόξο υδραργύρου στο κενό, 4000 a/cm.

Με τη μείωση της πίεσης, η περιοχή που καταλαμβάνεται από το σημείο της καθόδου στην κάθοδο άνθρακα αυξάνεται με σταθερή ένταση ρεύματος.

Η ευκρίνεια του ορατού ορίου της κηλίδας της καθόδου εξηγείται από το γεγονός ότι μια σχετικά αργή μείωση της θερμοκρασίας με την απόσταση από το κέντρο της κηλίδας αντιστοιχεί σε ταχεία πτώση τόσο της φωτεινής ακτινοβολίας όσο και της θερμιονικής εκπομπής, και αυτό ισοδυναμεί με απότομη «οπτικά» και «ηλεκτρικά» όρια σημείου.

Όταν το τόξο καίγεται στον αέρα, η κάθοδος άνθρακα ακονίζεται, ενώ στην άνοδο άνθρακα, εάν η εκκένωση δεν καλύπτει ολόκληρη την μπροστινή περιοχή της ανόδου, σχηματίζεται μια στρογγυλή κοιλότητα - κρατήρας θετικού τόξου.

Ο σχηματισμός της κηλίδας καθόδου εξηγείται ως εξής. Η κατανομή των φορτίων χώρου σε ένα λεπτό στρώμα στην κάθοδο είναι τέτοια που εδώ η εκκένωση απαιτεί για τη διατήρησή της όσο μικρότερη διαφορά δυναμικού, τόσο μικρότερη είναι η διατομή του καναλιού εκκένωσης. Επομένως, η εκκένωση στην κάθοδο πρέπει να συστέλλεται.

Ακριβώς δίπλα στο σημείο της καθόδου υπάρχει ένα μέρος της εκκένωσης που ονομάζεται βούρτσα αρνητικής καθόδου ή αρνητική φλόγα. Το μήκος της βούρτσας καθόδου στο τόξο σε χαμηλή πίεση καθορίζεται από την απόσταση στην οποία πετούν γρήγορα πρωτεύοντα ηλεκτρόνια, έχοντας λάβει τις ταχύτητες τους στην περιοχή της πτώσης του δυναμικού της καθόδου.

Μεταξύ της αρνητικής βούρτσας και της θετικής στήλης υπάρχει μια περιοχή παρόμοια με το σκοτεινό χώρο Faraday μιας εκκένωσης λάμψης. Στο τόξο Petrov στον αέρα, εκτός από την αρνητική βούρτσα, υπάρχει μια θετική φλόγα και μια σειρά από φωτοστέφανα. Η φασματική ανάλυση δείχνει την παρουσία σε αυτές τις φλόγες και τα φωτοστέφανα ενός αριθμού χημικών ενώσεων (κυανιούχο και οξείδια του αζώτου).

Με μια οριζόντια διάταξη ηλεκτροδίων και υψηλή πίεση αερίου, η θετική στήλη της εκκένωσης τόξου κάμπτεται προς τα πάνω υπό τη δράση των ρευμάτων μεταφοράς του αερίου που θερμαίνεται από την εκκένωση. Εξ ου και το ίδιο το όνομα της εκκένωσης τόξου.

2.3 Κατανομή δυναμικού και χαρακτηριστικό ρεύμα-τάσης κατά τη διάρκεια εκφόρτισης τόξου

Στο τόξο Petrov, η υψηλή θερμοκρασία και η υψηλή πίεση καθιστούν αδύνατη τη χρήση της μεθόδου ανιχνευτή για τη μέτρηση της κατανομής δυναμικού.

Η πτώση δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων τόξου είναι το άθροισμα της πτώσης καθόδου και του Uk, της πτώσης ανόδου Ua και της πτώσης στη θετική στήλη. Το άθροισμα των πτώσεων του δυναμικού καθόδου και ανόδου μπορεί να προσδιοριστεί φέρνοντας την άνοδο και την κάθοδο πιο κοντά μέχρι να εξαφανιστεί η θετική στήλη και μετρώντας την τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων. Στην περίπτωση ενός τόξου σε χαμηλή πίεση, μπορεί κανείς να καθορίσει τις τιμές δυναμικού σε δύο σημεία της στήλης τόξου χρησιμοποιώντας τη χαρακτηριστική μέθοδο ανιχνευτή, να υπολογίσει τη διαμήκη κλίση δυναμικού από αυτό και στη συνέχεια να υπολογίσει τις πτώσεις ανοδικού και καθοδικού δυναμικού.

Έχει διαπιστωθεί ότι σε μια εκκένωση τόξου σε ατμοσφαιρική πίεση, το άθροισμα των σταγόνων καθόδου και ανόδου είναι περίπου η ίδια τιμή με το δυναμικό ιονισμού του αερίου ή του ατμού στον οποίο συμβαίνει η εκκένωση.

Στην τεχνική της χρήσης του τόξου Petrov με ηλεκτρόδια άνθρακα, συνήθως χρησιμοποιείται ο εμπειρικός τύπος του Ayrton:

U=a+bl+(c+dl)/I (3)

Εδώ U είναι η τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων, I είναι το ρεύμα στο τόξο, l είναι το μήκος του τόξου, a, b, c και d είναι τέσσερις σταθερές. Ο χαρακτηριστικός τύπος (3) ορίζεται για ένα τόξο μεταξύ ηλεκτροδίων άνθρακα στον αέρα. Με το l εννοείται η απόσταση μεταξύ της καθόδου και του επιπέδου που διασχίζεται από τα άκρα του θετικού κρατήρα.

Ας ξαναγράψουμε τον τύπο (4) στη μορφή

U=a+c/I+l(b+d/I). (τέσσερα)

Στο (4), οι όροι που περιέχουν τον παράγοντα l αντιστοιχούν στην πτώση του δυναμικού στη θετική στήλη. οι δύο πρώτοι όροι είναι το άθροισμα της πτώσης καθόδου και ανόδου Uk+Ua. Οι σταθερές στο (3) εξαρτώνται από την πίεση του αέρα και από τις συνθήκες ψύξης των ηλεκτροδίων και, κατά συνέπεια, από το μέγεθος και το σχήμα των κάρβουνων.

Στην περίπτωση εκκένωσης τόξου σε εκκενωμένο δοχείο γεμάτο με μεταλλικούς ατμούς (για παράδειγμα, υδράργυρο), η τάση ατμών εξαρτάται από τη θερμοκρασία των ψυχρότερων τμημάτων του δοχείου και, επομένως, η πορεία του χαρακτηριστικού εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ψύξη συνθήκες ολόκληρου του σωλήνα.

Το δυναμικό χαρακτηριστικό της εκκένωσης τόξου είναι πολύ διαφορετικό από το στατικό. Ο τύπος του δυναμικού χαρακτηριστικού εξαρτάται από τον ρυθμό μεταβολής του τρόπου λειτουργίας τόξου. Πρακτικά το πιο ενδιαφέρον χαρακτηριστικό του τόξου όταν τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα. Η ταυτόχρονη ταλαντογραφία ρεύματος και τάσης δίνει την εικόνα που φαίνεται στο Σχ.2. Το χαρακτηριστικό του τόξου που λαμβάνεται από αυτές τις καμπύλες για ολόκληρη την περίοδο έχει τη μορφή που φαίνεται στο Σχ. 2. Η διακεκομμένη γραμμή δείχνει τη συμπεριφορά της τάσης απουσία εκφόρτισης.

Ρύζι. 2. Ταλαντόγραμμα του ρεύματος και της τάσης της εκκένωσης τόξου σε εναλλασσόμενο ρεύμα χαμηλής συχνότητας. Σημεία Α, Β, Γ κ.λπ. αντιστοιχούν στα σημεία που υποδεικνύονται με τα ίδια γράμματα

Η κάθοδος, που δεν έχει προλάβει ακόμη να κρυώσει μετά την εκφόρτιση που έγινε στον προηγούμενο μισό κύκλο του ρεύματος, από την αρχή κιόλας του μισού κύκλου, όταν η εξωτερική εμφ. διέρχεται από το μηδέν, εκπέμπει ηλεκτρόνια. Από το σημείο Ο έως το σημείο Α, το χαρακτηριστικό αντιστοιχεί σε μια μη αυτοσυντηρούμενη εκκένωση, η πηγή της οποίας είναι τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από την κάθοδο. Στο σημείο Α, το τόξο αναφλέγεται. Μετά το σημείο Α, το ρεύμα εκφόρτισης αυξάνεται γρήγορα. Με την παρουσία αντίστασης στο εξωτερικό κύκλωμα, η τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων τόξου πέφτει, αν και το emf. Η πηγή ρεύματος (διακεκομμένη γραμμή στο Σχ. 3), που διατρέχει το ημιτονοειδές, αυξάνεται ακόμη περισσότερο. Με τη μείωση της τάσης και του ρεύματος που παρέχεται από μια εξωτερική πηγή, το ρεύμα εκφόρτισης αρχίζει να μειώνεται.

Με μια μείωση του ρεύματος στο τόξο, η τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων του μπορεί και πάλι να αυξηθεί ανάλογα με την εξωτερική αντίσταση, αλλά μέρος του χαρακτηριστικού BC στο Σχ. 3 μπορεί να είναι οριζόντιο ή να έχει την αντίθετη κλίση. Στο σημείο Γ, το τόξο σβήνει.

Μετά το σημείο C, το μη αυτοσυντηρούμενο ρεύμα εκφόρτισης μειώνεται στο μηδέν μαζί με μείωση της τάσης μεταξύ των ηλεκτροδίων.

Αφού η τάση περάσει από το μηδέν, η προηγούμενη άνοδος αρχίζει να παίζει το ρόλο της καθόδου και η εικόνα επαναλαμβάνεται με τα αντίθετα σημάδια ρεύματος και τάσης.

Ο τύπος του δυναμικού χαρακτηριστικού επηρεάζεται από όλες τις συνθήκες που καθορίζουν τη λειτουργία τόξου: η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων, η τιμή της εξωτερικής αντίστασης, η αυτοεπαγωγή και η χωρητικότητα του εξωτερικού κυκλώματος, η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος που τροφοδοτεί το τόξο κ.λπ. .

Εάν μια εναλλασσόμενη τάση πλάτους μικρότερη από την τάση του συνεχούς ρεύματος που τροφοδοτεί το τόξο εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια του τόξου που τροφοδοτούνται από συνεχές ρεύμα, τότε το χαρακτηριστικό έχει τη μορφή κλειστού βρόχου που καλύπτει το στατικό χαρακτηριστικό Ήλιοςαπό δύο πλευρές. Με την αύξηση της συχνότητας του εναλλασσόμενου ρεύματος, ο άξονας αυτού του βρόχου περιστρέφεται, ο ίδιος ο βρόχος ισοπεδώνεται και, τέλος, τείνει να πάρει τη μορφή ευθύγραμμου τμήματος ΟΑπερνώντας από την αρχή (Εικ. 3).

Ρύζι. 3. Αλλαγή στη δυναμική απόκριση σε αυξημένη συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος που υπερτίθεται σε συνεχές

Σε πολύ χαμηλή συχνότητα, ο βρόχος του δυναμικού χαρακτηριστικού μετατρέπεται σε τμήμα του στατικού χαρακτηριστικού του VS, αφού όλες οι εσωτερικές παράμετροι της εκφόρτισης, ιδιαίτερα η συγκέντρωση ιόντων και ηλεκτρονίων, έχουν χρόνο σε κάθε σημείο του χαρακτηριστικού να ληφθούν τιμές που αντιστοιχούν σε μια στατική εκφόρτιση για δεδομένο U και I. Αντίθετα, σε μια πολύ γρήγορη αλλαγή και οι παράμετροι εκφόρτισης δεν έχουν καθόλου χρόνο να αλλάξουν, επομένως αποδεικνύεται ότι είναι ανάλογη με και, που αντιστοιχεί στο ευθεία ΟΑ που διέρχεται από την αρχή των συντεταγμένων. Έτσι, με την αύξηση της συχνότητας του εναλλασσόμενου ρεύματος, ο χαρακτηριστικός βρόχος (Εικ. 3) αυξάνεται σε όλα τα σημεία του.

Σε σχέση με τη δυνατότητα πλήρους ιονισμού του αερίου σε μια εκκένωση τόξου, τίθεται το ερώτημα της θραύσης του τόξου σε χαμηλή πίεση αερίου και πολύ υψηλά ρεύματα. Σημαντικό ρόλο στο φαινόμενο της θραύσης του τόξου παίζει η σημαντική μείωση της πυκνότητας του αερίου λόγω ηλεκτροφόρησης και αναρρόφησης ιόντων στα τοιχώματα, ειδικά σε μέρη όπου το διάκενο εκκένωσης είναι πολύ στενό. Στην πράξη, αυτό οδηγεί στην ανάγκη αποφυγής υπερβολικής στένωσης κατά την κατασκευή ανορθωτών υδραργύρου για πολύ υψηλά ρεύματα.

Οι ηλεκτρολόγοι, που πρώτοι ασχολήθηκαν με ένα ηλεκτρικό τόξο, προσπάθησαν να εφαρμόσουν τον νόμο του Ohm και σε αυτή την περίπτωση. Για να λάβουν τα αποτελέσματα του υπολογισμού σύμφωνα με το νόμο του Ohm, σύμφωνα με την πραγματικότητα, έπρεπε να εισαγάγουν την έννοια της αντίστροφης ηλεκτροκινητικής δύναμης του τόξου. Κατ' αναλογία με τα φαινόμενα στα γαλβανικά κύτταρα, η αναμενόμενη εμφάνιση αυτού του emf. που ονομάζεται πόλωση τόξου. Το ερώτημα του πίσω εμφ. Τα έργα των Ρώσων επιστημόνων D. A. Lachinov και V. F. Mitkevich είναι αφιερωμένα στο τόξο. Η περαιτέρω ανάπτυξη ιδεών σχετικά με τις ηλεκτρικές εκκενώσεις στα αέρια έδειξε ότι μια τέτοια διατύπωση της ερώτησης είναι καθαρά τυπική και μπορεί να αντικατασταθεί επιτυχώς από την ιδέα ενός χαρακτηριστικού τόξου πτώσης. Η εγκυρότητα αυτής της άποψης επιβεβαιώνεται από την αποτυχία όλων των προσπαθειών άμεσης πειραματικής ανίχνευσης του back emf. ηλεκτρικό τόξο.

2.4 Θερμοκρασία και ακτινοβολία επιμέρους τμημάτων της εκκένωσης τόξου

Στην περίπτωση ενός τόξου στον αέρα μεταξύ των ηλεκτροδίων άνθρακα, κυριαρχεί η ακτινοβολία από τα ηλεκτρόδια πυρακτώσεως, κυρίως από τον θετικό κρατήρα. Η ακτινοβολία ανόδου, όπως και η ακτινοβολία στερεού σώματος, έχει συνεχές φάσμα. Η έντασή του καθορίζεται από τη θερμοκρασία της ανόδου. Η τελευταία είναι μια χαρακτηριστική τιμή για ένα τόξο στον ατμοσφαιρικό αέρα με μια άνοδο κατασκευασμένη από οποιοδήποτε δεδομένο υλικό, καθώς η θερμοκρασία της ανόδου δεν εξαρτάται από την τρέχουσα ισχύ και καθορίζεται αποκλειστικά από τη θερμοκρασία τήξης ή εξάχνωσης του υλικού της ανόδου. Η θερμοκρασία τήξης ή εξάχνωσης εξαρτάται από την πίεση κάτω από την οποία βρίσκεται το σώμα τήξης ή εξάχνωσης. Επομένως, η θερμοκρασία της ανόδου, και επομένως η ένταση της ακτινοβολίας του θετικού κρατήρα, εξαρτώνται από την πίεση στην οποία καίγεται το τόξο. Από αυτή την άποψη, είναι γνωστά κλασικά πειράματα με τόξο άνθρακα υπό πίεση, τα οποία οδήγησαν σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες.

Η μεταβολή της θερμοκρασίας ενός θετικού κρατήρα με πίεση δίνεται από την καμπύλη στο Σχ. 4. Μια ευθεία γραμμή στην οποία βρίσκονται σημεία για πιέσεις από 1 atm σε αυτό το σχέδιο. και υψηλότερη επιβεβαιώνει την υπόθεση ότι η θερμοκρασία του θετικού κρατήρα καθορίζεται από τη θερμοκρασία τήξης ή εξάχνωσης του υλικού της ανόδου, καθώς σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει να υπάρχει μια γραμμική σχέση μεταξύ ln Rκαι 1/Τ. Η απόκλιση από τη γραμμική εξάρτηση σε χαμηλότερες πιέσεις εξηγείται από το γεγονός ότι σε πιέσεις κάτω από 1 atm. η ποσότητα θερμότητας που απελευθερώνεται στην άνοδο δεν επαρκεί για να θερμάνει την άνοδο στη θερμοκρασία τήξης ή εξάχνωσής της.

Ρύζι. 4. Μεταβολή της θερμοκρασίας της ανόδου άνθρακα ενός ηλεκτρικού τόξου στον αέρα με μεταβολή της πίεσης. Η κλίμακα κατά μήκος του άξονα y είναι λογαριθμική

Η θερμοκρασία του σημείου καθόδου του τόξου Petrov είναι πάντα αρκετές εκατοντάδες βαθμούς χαμηλότερη από τη θερμοκρασία του θετικού κρατήρα. Οι υψηλές θερμοκρασίες του κορδονιού τόξου δεν μπορούν να προσδιοριστούν με θερμόπυλο ή βολόμετρο. Επί του παρόντος, χρησιμοποιούνται φασματικές μέθοδοι για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας στο τόξο. Σε υψηλά ρεύματα, η θερμοκρασία του αερίου στο τόξο Petrov μπορεί να είναι υψηλότερη από τη θερμοκρασία της ανόδου και να φτάνει τους 6000° Κ. Τέτοιες υψηλές θερμοκρασίες αερίου είναι χαρακτηριστικές για όλες τις περιπτώσεις εκκένωσης τόξου σε ατμοσφαιρική πίεση. Στην περίπτωση πολύ υψηλών πιέσεων (δεκάδες και εκατοντάδες ατμόσφαιρες), η θερμοκρασία στα κεντρικά μέρη της στήλης θετικού τόξου με καλώδιο φτάνει τους 10.000°K. Σε μια εκκένωση τόξου σε χαμηλές πιέσεις, η θερμοκρασία του αερίου στη θετική στήλη είναι ίση με ίδια σειρά όπως στη θετική στήλη μιας εκκένωσης λάμψης.

Η θερμοκρασία του κρατήρα θετικού τόξου είναι υψηλότερη από τη θερμοκρασία της καθόδου επειδή στην άνοδο όλο το ρεύμα μεταφέρεται από ηλεκτρόνια που βομβαρδίζουν και θερμαίνουν την άνοδο. Τα ηλεκτρόνια δίνουν στην άνοδο όχι μόνο όλη την κινητική ενέργεια που αποκτάται στην περιοχή της πτώσης της ανόδου, αλλά και τη συνάρτηση εργασίας (τη λανθάνουσα θερμότητα της εξάτμισης των ηλεκτρονίων). Αντίθετα, ένας μικρός αριθμός θετικών ιόντων χτυπά την κάθοδο και τη βομβαρδίζει και τη θερμαίνει σε σύγκριση με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που χτυπούν την άνοδο με την ίδια ισχύ ρεύματος. Το υπόλοιπο ρεύμα στην κάθοδο πραγματοποιείται από ηλεκτρόνια, τα οποία, όταν απελευθερώνονται, στη θήκη

θερμιονικό τόξο, η θερμική ενέργεια της καθόδου δαπανάται στη συνάρτηση εργασίας.

2.5 Δημιουργία συνεχών ταλαντώσεων με χρήση ηλεκτρικού τόξου

Λόγω του γεγονότος ότι το τόξο έχει χαρακτηριστικό πτώσης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως γεννήτρια συνεχών ταλαντώσεων. Ένα διάγραμμα μιας τέτοιας γεννήτριας τόξου φαίνεται στο σχ. 5. Οι συνθήκες για τη δημιουργία ταλαντώσεων σε αυτό το σχήμα μπορούν να προκύψουν από την εξέταση των συνθηκών για τη σταθερότητα μιας ακίνητης εκφόρτισης για δεδομένες παραμέτρους του εξωτερικού κυκλώματος. Έστω η ηλεκτροκινητική δύναμη της πηγής συνεχούς ρεύματος που τροφοδοτεί την εκκένωση (Εικ. 5) ίση με b, η τάση μεταξύ των ηλεκτροδίων του σωλήνα U, η ισχύς του στατικού ρεύματος μέσω του σωλήνα εκκένωσης σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας είναι ίση με I, η χωρητικότητα της καθόδου-ανόδου του σωλήνα συν τη χωρητικότητα όλων των καλωδίων τροφοδοσίας C, αυτοεπαγωγή στο κύκλωμα L, η αντίσταση μέσω της οποίας τροφοδοτείται το ρεύμα από την πηγή, R.

Ρύζι. 5. Σχηματικό διάγραμμα της γεννήτριας τόξου.

Στη σταθερή κατάσταση συνεχούς ρεύματος, θα έχουμε:

b= Uo+IR (5)

Ας υποθέσουμε ότι αυτό το στάσιμο καθεστώς παραβιάζεται. Το ρεύμα εκφόρτισης κάθε δεδομένη στιγμή είναι Εγώ+ Εγώ, όπου Εγώ- μια μικρή τιμή, και η διαφορά δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων είναι ίση με U. Ας εισάγουμε την ονομασία U?=dU/dI (dU/d Εγώ)i=0 ισούται με την εφαπτομένη της κλίσης της εφαπτομένης στο χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης στο σημείο λειτουργίας που αντιστοιχεί στον αρχικά επιλεγμένο τρόπο λειτουργίας (ρεύμα I). Ας δούμε πώς θα αλλάξει Εγώ. Αν ένα Εγώθα αυξηθεί, τότε αυτή η λειτουργία εκφόρτισης είναι ασταθής. αν, αντίθετα, Εγώμειώνεται άπειρα, τότε η λειτουργία εκφόρτισης είναι σταθερή.

Ας στραφούμε στο χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης του εξεταζόμενου διακένου εκφόρτισης U= φά(Εγώ+Εγώ) - το ρεύμα ρέει μέσω του σωλήνα Εγώ+Εγώκαι χωρητικότητα ΑΠΟφόρτιση (ή εκφόρτιση). Πιθανή διαφορά μεταξύ της χωρητικότητας ΑΠΟεξισορροπείται σε αυτή την περίπτωση όχι μόνο από την τάση στο διάκενο εκφόρτισης, αλλά και από το emf. αυτοεπαγωγή κυκλώματος. Αφήνω Εγώ+i2--ολικό ρεύμα διαμέσου της αντίστασης R. Δηλώστε το ρεύμα που φορτίζει την χωρητικότητα C μέσω i1; στιγμιαία τιμή της διαφοράς δυναμικού στην χωρητικότητα C-- έως U1. Η διαφορά δυναμικού μεταξύ των ηλεκτροδίων τόξου θα είναι U0+ iU".

Kommersant=U1+(i+I2)R, (6)

U1-U0 \u003d U "i + Ldi / dt, (7)

Εγώ2= Εγώ1+ Εγώ. (8)

Πρόσθετη φόρτιση Q στην χωρητικότητα C σε σύγκριση με τη στατική λειτουργία:

Q=?i 1 dt=(U 1 -U 0)C. (9)

Αφαιρώντας το (5) από το (6), βρίσκουμε:

U 1 - U 0 =- Εγώ 2 R (10)

Οι εκφράσεις (7), (8) και (10) δίνουν:

U "i + Ldi / dt \u003d -R (i + i 1 ) . (11)

Οι εκφράσεις (7) και (9) δίνουν:

1/C;Εγώ 1 dt= U"Εγώ+ ldi/ dt. (12)

Διαφοροποιώντας το (12) ως προς το t και εισάγοντας το αποτέλεσμα στο (11), βρίσκουμε:

U "i + Ldi / dt = -iR-RCU" di / dt-RLCdІi / dtІ. (13)

dІi/dtІ +(1/CR+U"/L)di/dt + 1/LC(U"/R+1)i=0 (14)

Ο τύπος (14) είναι μια διαφορική εξίσωση, η οποία υπακούει στο πρόσθετο ρεύμα Εγώ.

Όπως είναι γνωστό, το πλήρες ολοκλήρωμα της εξίσωσης (14) έχει τη μορφή:

i=A1e^r1t+A2e^r2t, (15)

όπου r1 και r2 είναι οι ρίζες της χαρακτηριστικής εξίσωσης, που ορίζονται από τον τύπο

r=-1/2(1/CR+ U"/ μεγάλο)+ v 1/4(1/ CR+ U"/ μεγάλο)Ι-1/LC(U"/ R+1) . (16)

Εάν η τιμή της ρίζας στο (16) είναι μεγαλύτερη από το μηδέν, τότε τα r1 και r2 είναι και τα δύο πραγματικά, το i αλλάζει περιοδικά σύμφωνα με τον εκθετικό νόμο και η λύση (15) αντιστοιχεί σε μια απεριοδική μεταβολή του ρεύματος. Για να προκύψουν ταλαντώσεις ρεύματος στο κύκλωμα που εξετάζουμε, είναι απαραίτητο τα r 1 και r 2 να είναι μιγαδικά μεγέθη, δηλ.

1/LC(U"/R+1)>1/4(1/CR+U"/L)І (17)

Σε αυτή την περίπτωση, το (15) μπορεί να αναπαρασταθεί ως

i=A 1 μι -dt+jшt+ Α 2 μι -dt-jшt, (18)

d=1/2 (1/CR+U"/L)· i= v-1.

Στο ρε < 0 колебания, возникшие в рассматриваемой цепи, будут раскачиваться. При ρε> 0, αποσυντίθενται γρήγορα και η εκκένωση DC θα είναι σταθερή.

Έτσι, για να εδραιωθούν τελικά μη απόσβεση ταλαντώσεων στο υπό εξέταση σχήμα, είναι απαραίτητο να

(1/ CR+ U"/ μεγάλο)<0. (19)

Εφόσον τα Р, L και С είναι ουσιαστικά θετικές τιμές, τότε η ανισότητα (19) μπορεί να παρατηρηθεί μόνο υπό την προϋπόθεση:

dU/di=U"<0. (20)

Από αυτό συμπεραίνουμε ότι οι ταλαντώσεις στο υπό εξέταση κύκλωμα μπορούν να προκύψουν μόνο με ένα χαρακτηριστικό πτώσης ρεύματος-τάσης της εκφόρτισης.

Η μελέτη των συνθηκών υπό τις οποίες τα r1 και r2 είναι πραγματικά και αμφότερα είναι μικρότερα από το μηδέν οδηγεί στις συνθήκες σταθερότητας της εκκένωσης DC: Οι συνθήκες (21) και (22) είναι γενικές συνθήκες. Η σταθερότητα μιας εκφόρτισης που τροφοδοτείται από σταθερή τάση.

(1/ CR+ U"/ μεγάλο)>0 και (21)

U"/ R+1>0 . (22)

Από το (21) προκύπτει ότι με ένα αυξανόμενο χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης, η εκφόρτιση είναι πάντα σταθερή. Συνδυάζοντας αυτή την απαίτηση με την συνθήκη (22), διαπιστώνουμε ότι, με ένα μειούμενο χαρακτηριστικό, η εκκένωση μπορεί να είναι σταθερή μόνο όταν

|U"|

Κατά την εφαρμογή των τύπων αυτής της παραγράφου απευθείας στο ζήτημα της δημιουργίας ταλαντώσεων με τη χρήση τόξου, πρέπει να ληφθεί το U" από το "μέσο χαρακτηριστικό" που κατασκευάζεται με βάση τους αύξοντες και φθίνοντες κλάδους του δυναμικού χαρακτηριστικού.

Με μια περιοδική αλλαγή στην ένταση του ρεύματος στο τόξο Petrov, η θερμοκρασία και η πυκνότητα του αερίου και οι ταχύτητες των αεροδυναμικών ροών αλλάζουν. Κατά την επιλογή της κατάλληλης λειτουργίας, αυτές οι αλλαγές οδηγούν στην εμφάνιση ακουστικών ταλαντώσεων στον αέρα του περιβάλλοντος. Το αποτέλεσμα είναι ένα λεγόμενο τόξο τραγουδιού που αναπαράγει καθαρούς μουσικούς τόνους.

3 . Εφαρμογή εκκένωσης τόξου

3.1 Σύγχρονες μέθοδοι ηλεκτρικής επεξεργασίας

Μεταξύ των σύγχρονων τεχνολογικών διεργασιών, μία από τις πιο κοινές είναι η ηλεκτρική συγκόλληση. Η συγκόλληση σάς επιτρέπει να συγκολλάτε, να συγκολλάτε, να κολλάτε, να ψεκάζετε όχι μόνο μέταλλα, αλλά και πλαστικά, κεραμικά και ακόμη και γυαλί. Το εύρος εφαρμογής αυτής της μεθόδου είναι πραγματικά τεράστιο - από την παραγωγή ισχυρών γερανών, την κατασκευή μεταλλικών κατασκευών, τον εξοπλισμό για πυρηνικούς και άλλους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, την κατασκευή πλοίων μεγάλης χωρητικότητας, πυρηνικά παγοθραυστικά, μέχρι την κατασκευή των καλύτερων μικροκυκλωμάτων και διαφόρων προϊόντα οικιακής χρήσης. Σε έναν αριθμό βιομηχανιών, η εισαγωγή της συγκόλλησης έχει οδηγήσει σε μια θεμελιώδη αλλαγή στην τεχνολογία. Έτσι, μια πραγματική επανάσταση στη ναυπηγική ήταν η ανάπτυξη της εν σειρά κατασκευή πλοίων από μεγάλα συγκολλημένα τμήματα. Πολλά ναυπηγεία στη χώρα κατασκευάζουν τώρα δεξαμενόπλοια ολικής συγκολλήσεως μεγάλης χωρητικότητας. Η ηλεκτρική συγκόλληση κατέστησε δυνατή την επίλυση των προβλημάτων δημιουργίας αγωγών αερίου σχεδιασμένους να λειτουργούν σε βόρειες συνθήκες σε πίεση 100-120 ατμοσφαιρών. Εργαζόμενοι στο Ινστιτούτο Ηλεκτροσυγκόλλησης. Ο E. O. Paton πρότεινε μια πρωτότυπη μέθοδο για την κατασκευή σωλήνων με βάση την τεχνολογία συγκόλλησης, που προορίζεται για τέτοιους αγωγούς αερίου.

Από τέτοιους σωλήνες με τοίχους πάχους έως και 40 χιλιοστών, συναρμολογούνται αγωγοί αερίου υψηλής αξιοπιστίας που διασχίζουν τις ηπείρους.

Σοβιετικοί επιστήμονες και ειδικοί συνέβαλαν πολύ στην ανάπτυξη της ηλεκτρικής συγκόλλησης. Συνεχίζοντας και αναπτύσσοντας δημιουργικά την κληρονομιά των μεγάλων προκατόχων του - V. V. Petrov, N. N. Benardos, N. G. Slavyanov, δημιούργησαν την επιστήμη των θεωρητικών θεμελίων της τεχνολογίας συγκόλλησης, ανέπτυξαν μια σειρά από νέες τεχνολογικές διαδικασίες. Τα ονόματα των ακαδημαϊκών E. O. Paton, V. P. Vologdin, K. K. Khrenov, N. N. Rykalin και άλλων είναι γνωστά σε όλο τον κόσμο.

Επί του παρόντος, η συγκόλληση με ηλεκτρικό τόξο, ηλεκτροσκωρία και πλάσμα-τόξο χρησιμοποιούνται ευρέως.

3.2 Συγκόλληση τόξου

Συγκόλληση τόξου. Ο απλούστερος τρόπος είναι η χειροκίνητη συγκόλληση τόξου. Μια θήκη συνδέεται με έναν πόλο της πηγής ρεύματος με ένα εύκαμπτο σύρμα και το προς συγκόλληση τεμάχιο συνδέεται με τον άλλο. Ένα ηλεκτρόδιο άνθρακα ή μετάλλου εισάγεται στη θήκη. Με ένα σύντομο άγγιγμα του ηλεκτροδίου στο προϊόν, αναφλέγεται ένα τόξο, το οποίο λιώνει το βασικό μέταλλο και τη ράβδο του ηλεκτροδίου, σχηματίζοντας μια δεξαμενή συγκόλλησης, η οποία, όταν στερεοποιηθεί, δίνει μια συγκόλληση.

Η χειροκίνητη συγκόλληση τόξου απαιτεί έναν εργάτη υψηλής εξειδίκευσης και χαρακτηρίζεται από όχι τις καλύτερες συνθήκες εργασίας, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη συγκόλληση εξαρτημάτων σε οποιαδήποτε χωρική θέση, κάτι που είναι ιδιαίτερα σημαντικό κατά την εγκατάσταση μεταλλικών κατασκευών. Η παραγωγικότητα της χειροκίνητης συγκόλλησης είναι σχετικά χαμηλή και εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από ένα τόσο απλό εξάρτημα όπως μια θήκη ηλεκτροδίου. Και τώρα, όπως πριν από εκατό χρόνια, η αναζήτηση συνεχίζεται για το καλύτερο σχέδιο. Μια σειρά απλών και αξιόπιστων στηριγμάτων ηλεκτροδίων κατασκευάστηκε από τους καινοτόμους του Λένινγκραντ M.E. Vasiliev και V.S. Σούμσκι.

Στη συγκόλληση τόξου, η προστασία του μετάλλου συγκόλλησης από το οξυγόνο και το άζωτο του αέρα έχει μεγάλη σημασία. Αλληλεπιδρώντας ενεργά με το λιωμένο μέταλλο, το ατμοσφαιρικό οξυγόνο και το άζωτο σχηματίζουν οξείδια και νιτρίδια, τα οποία μειώνουν την αντοχή και την ολκιμότητα του συγκολλημένου συνδέσμου.

Υπάρχουν δύο τρόποι προστασίας της θέσης συγκόλλησης: εισαγωγή διαφόρων ουσιών στο υλικό του ηλεκτροδίου και στην επικάλυψη ηλεκτροδίου (εσωτερική προστασία) και εισαγωγή αδρανών αερίων και μονοξειδίου του άνθρακα στη ζώνη συγκόλλησης, επικάλυψη της θέσης συγκόλλησης με ροές (εξωτερική προστασία).

Το 1932, στο Ηλεκτρομηχανολογικό Ινστιτούτο Μηχανικών Σιδηροδρόμων της Μόσχας, υπό την ηγεσία του ακαδημαϊκού K.K. Khrenov, πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά στον κόσμο συγκόλληση ηλεκτρικού τόξου κάτω από το νερό. Ωστόσο, το 1856, ο L. I. Shpakovsky πραγματοποίησε για πρώτη φορά ένα πείραμα σχετικά με την τήξη ηλεκτροδίων χαλκού βυθισμένα σε νερό με ένα τόξο. Με τη συμβουλή του D. A. Lachinov, που έλαβε ένα υποβρύχιο τόξο, ο Ν. Ν. Μπενάρδος το 1887 έκανε υποβρύχια κοπή μετάλλου. Χρειάστηκαν 45 χρόνια για να λάβει η πρώτη εμπειρία επιστημονική αιτιολόγηση και να μετατραπεί σε μέθοδο.

Και στις 16 Οκτωβρίου 1969, ένα ηλεκτρικό τόξο ξέσπασε στο διάστημα για πρώτη φορά. Δείτε πώς αναφέρθηκε αυτό το εξαιρετικό γεγονός στην εφημερίδα Izvestia. «Το πλήρωμα του διαστημικού σκάφους Soyuz-6, αποτελούμενο από τον αντισυνταγματάρχη G.S. Shonin και τον μηχανικό πτήσης V.N. Kubasov, πραγματοποίησε πειράματα συγκόλλησης στο διάστημα. Ο σκοπός αυτών των πειραμάτων ήταν να προσδιοριστούν τα χαρακτηριστικά της συγκόλλησης διαφόρων μετάλλων στο διάστημα. Διάφοροι τύποι αυτόματων συγκολλήσεων πραγματοποιήθηκαν ένα προς ένα. Και περαιτέρω: «Το πείραμα που πραγματοποιήθηκε είναι μοναδικό και έχει μεγάλη σημασία για την επιστήμη και την τεχνολογία στην ανάπτυξη της τεχνολογίας για εργασίες συγκόλλησης και εγκατάστασης στο διάστημα».

3.3 Τεχνολογία πλάσματος

Αυτή η τεχνολογία βασίζεται στη χρήση τόξου υψηλής θερμοκρασίας. Περιλαμβάνει συγκόλληση πλάσματος, κοπή, επένδυση και κατεργασία πλάσματος.

Πώς να βελτιώσετε την απόδοση του τόξου; Για να γίνει αυτό, πρέπει να αποκτήσετε ένα τόξο με υψηλότερη συγκέντρωση ενέργειας, δηλαδή, το τόξο πρέπει να είναι εστιασμένο. Αυτό επιτεύχθηκε το 1957-1958, όταν στο Ινστιτούτο Μεταλλουργίας. Ο A. A. Baikov δημιούργησε εξοπλισμό για κοπή τόξου πλάσματος.

Πώς να αυξήσετε τη θερμοκρασία του τόξου; Πιθανώς, με τον ίδιο τρόπο όπως η αύξηση της πίεσης ενός πίδακα νερού ή αέρα περνώντας τον από ένα στενό κανάλι.

Περνώντας μέσα από το στενό κανάλι του ακροφυσίου του καυστήρα, το τόξο συμπιέζεται από έναν πίδακα αερίου (ουδέτερο, που περιέχει οξυγόνο) ή ένα μείγμα αερίων και τραβιέται σε ένα λεπτό πίδακα. Ταυτόχρονα, οι ιδιότητές του αλλάζουν δραματικά: η θερμοκρασία της εκκένωσης τόξου φτάνει τους 50.000 βαθμούς, η συγκεκριμένη ισχύς φτάνει τα 500 ή περισσότερα κιλοβάτ ανά τετραγωνικό εκατοστό. Ο ιονισμός του πλάσματος στη στήλη αερίου είναι τόσο μεγάλος που η ηλεκτρική αγωγιμότητα του αποδεικνύεται σχεδόν ίδια με αυτή των μετάλλων.

Ένα συμπιεσμένο τόξο ονομάζεται τόξο πλάσματος. Με τη βοήθειά του πραγματοποιείται συγκόλληση πλάσματος, κοπή, καθοδήγηση, ψεκασμός κ.λπ. Για να ληφθεί τόξο πλάσματος, έχουν δημιουργηθεί ειδικές γεννήτριες - δάδες πλάσματος.

Το τόξο πλάσματος, όπως το συνηθισμένο, μπορεί να είναι άμεσης και έμμεσης δράσης. Το τόξο άμεσης δράσης κλείνει στο προϊόν, έμμεση δράση - στο δεύτερο ηλεκτρόδιο, το οποίο είναι το ακροφύσιο. Στη δεύτερη περίπτωση, δεν είναι ένα τόξο που διαφεύγει από το ακροφύσιο, αλλά ένας πίδακας πλάσματος, ο οποίος προκύπτει λόγω θέρμανσης από το τόξο και επακόλουθο ιονισμού του αερίου που σχηματίζει πλάσμα. Ο πίδακας πλάσματος χρησιμοποιείται κυρίως για ψεκασμό πλάσματος και επεξεργασία μη αγώγιμων υλικών. Το αέριο που περιβάλλει το τόξο εκτελεί επίσης μια λειτουργία θερμικής θωράκισης. Το μεγαλύτερο φορτίο στον φακό πλάσματος μεταφέρεται από το ακροφύσιο. Όσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση στη θερμότητα, τόσο μεγαλύτερο είναι το ρεύμα σε έναν έμμεσο φακό πλάσματος. Το εξωτερικό στρώμα του αερίου πλάσματος έχει σχετικά χαμηλή θερμοκρασία, επομένως προστατεύει το ακροφύσιο από την καταστροφή.

Μια σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας του αερίου που σχηματίζει πλάσμα στους πυρσούς πλάσματος άμεσης δράσης μπορεί να οδηγήσει σε ηλεκτρική βλάβη και στην εμφάνιση διπλού τόξου - μεταξύ της καθόδου και του ακροφυσίου και μεταξύ του ακροφυσίου και του προϊόντος. Σε αυτή την περίπτωση, το ακροφύσιο συνήθως αποτυγχάνει.

3.4 Συγκόλληση με πλάσμα

Υπάρχουν δύο σχέδια πυρσών πλάσματος. Σε ορισμένα σχέδια, παρέχεται αέριο κατά μήκος του τόξου και επιτυγχάνεται καλή συμπίεση. Σε άλλα σχέδια, το αέριο περιβάλλει το τόξο σε μια σπείρα, λόγω του οποίου είναι δυνατό να ληφθεί ένα σταθερό τόξο στο κανάλι του ακροφυσίου και να παρέχεται αξιόπιστη προστασία του ακροφυσίου με ένα στρώμα αερίου κοντά στο τοίχωμα.

Σε πυρσούς πλάσματος άμεσης δράσης, το τόξο δεν αναφλέγεται αμέσως, καθώς το διάκενο αέρα μεταξύ της καθόδου και του προϊόντος είναι πολύ μεγάλο. Πρώτον, το λεγόμενο καθήκον ή βοηθητικό τόξο διεγείρεται μεταξύ της καθόδου και του ακροφυσίου. Αναπτύσσεται από μια εκφόρτιση σπινθήρα, η οποία συμβαίνει υπό τη δράση μιας τάσης υψηλής συχνότητας που δημιουργείται από έναν ταλαντωτή. Η ροή αερίου φυσά έξω το τόξο λειτουργίας, αγγίζει το μέταλλο που υποβάλλεται σε επεξεργασία και στη συνέχεια το κύριο τόξο αναφλέγεται. Μετά από αυτό, ο ταλαντωτής απενεργοποιείται και το τόξο πιλότου σβήνει. Εάν αυτό δεν συμβεί, μπορεί να εμφανιστεί διπλό τόξο. Η ζώνη συγκόλλησης στη συγκόλληση πλάσματος, όπως και στους άλλους τύπους της, προστατεύεται από τη δράση του ατμοσφαιρικού αέρα. Για να γίνει αυτό, εκτός από το αέριο που σχηματίζει πλάσμα, ένα προστατευτικό αέριο τροφοδοτείται σε ένα ειδικό ακροφύσιο: αργό ή το φθηνότερο και πιο κοινό διοξείδιο του άνθρακα. Το διοξείδιο του άνθρακα χρησιμοποιείται συχνά όχι μόνο για προστασία, αλλά και για το σχηματισμό του πλάσματος. Μερικές φορές η συγκόλληση πλάσματος πραγματοποιείται κάτω από ένα στρώμα ροής.

Η συγκόλληση με τόξο πλάσματος μπορεί να πραγματοποιηθεί τόσο αυτόματα όσο και χειροκίνητα. Προς το παρόν, αυτή η μέθοδος έχει γίνει αρκετά διαδεδομένη. Πολλά εργοστάσια έχουν εισαγάγει τη συγκόλληση με πλάσμα κραμάτων αλουμινίου και χάλυβα. Σημαντική εξοικονόμηση προέκυψε από τη χρήση συγκόλλησης αλουμινίου με πλάσμα μονής διέλευσης αντί για συγκόλληση αργού-τόξου πολλαπλών διελεύσεων. Η συγκόλληση πραγματοποιείται σε αυτόματη εγκατάσταση χρησιμοποιώντας διοξείδιο του άνθρακα ως αέριο σχηματισμού πλάσματος και προστασίας.

συμπέρασμα

Στη σύγχρονη ζωή, η χρήση ηλεκτρικής ενέργειας είναι η πιο διαδεδομένη. Τα επιτεύγματα της ηλεκτρικής μηχανικής χρησιμοποιούνται σε όλους τους τομείς της ανθρώπινης πρακτικής δραστηριότητας: στη βιομηχανία, τη γεωργία, τις μεταφορές, την ιατρική, την καθημερινή ζωή κ.λπ. τεχνολογία υπολογιστών, κυβερνητική. Όλα αυτά έγιναν δυνατά ως αποτέλεσμα της κατασκευής ισχυρών σταθμών παραγωγής ενέργειας, ηλεκτρικών δικτύων, δημιουργίας νέων συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας και βελτίωσης των ηλεκτρικών συσκευών. Η σύγχρονη ηλεκτρική βιομηχανία παράγει μηχανές και συσκευές για την παραγωγή, μετάδοση, μετατροπή, διανομή και κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, ποικιλία ηλεκτρικού εξοπλισμού και τεχνολογικού εξοπλισμού, ηλεκτρικά όργανα μέτρησης και εξοπλισμό τηλεπικοινωνιών, ρυθμιστικό, εξοπλισμό παρακολούθησης και ελέγχου για συστήματα αυτόματου ελέγχου, ιατρικό και επιστημονικός εξοπλισμός, ηλεκτρικές συσκευές και μηχανήματα και πολλά άλλα. Τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί περαιτέρω διάφορες μέθοδοι ηλεκτρικής επεξεργασίας: ηλεκτροσυγκόλληση, κοπή και επίστρωση μετάλλων με πλάσμα, μηχανική και ηλεκτροδιαβρωτική επεξεργασία πλάσματος. Από τα προηγούμενα φαίνεται ότι η μελέτη μιας εκκένωσης σε ένα αέριο έχει μεγάλη σημασία για τη γενική επιστημονική και τεχνική πρόοδο. Επομένως, δεν χρειάζεται να σταματήσουμε εκεί, αλλά είναι απαραίτητο να συνεχίσουμε την έρευνα, αναζητώντας το άγνωστο, τονώνοντας έτσι την κατασκευή νέων θεωριών στο μέλλον.

Κατάλογος πηγών που χρησιμοποιήθηκαν

1. Vazhov V.F., Lavrinovich V.A., Lopatkin S.A. Μηχανική υψηλής τάσης / Μάθημα διάλεξης για πτυχιούχους της κατεύθυνσης 140200 «Ηλεκτρική Μηχανική Ενέργειας» - Τομσκ: Εκδοτικός Οίκος TPU, 2006. - 119σ.

2. Raiser Yu. P. Physics of gas discharge. -- 2η έκδ. - Μ.: Nauka, 1992. -536s.

3. Stepanchuk K.F., Tinyakov N.A. Τεχνική υψηλής τάσης: [Διδακτικό βιβλίο. Όφελος για την ηλεκτροενέργεια. Ειδικός. ανώτατα εκπαιδευτικά ιδρύματα]. - 2η έκδ., αναθεωρημένη. και επιπλέον - Μν.: Βυσ. σχολείο 1982 - 367 σελ. Εγώ θα.,

4. V. V. Bazutkin, V. P. Larionov και Yu. Τεχνολογία υψηλής τάσης: Μόνωση και υπέρταση σε ηλεκτρικά συστήματα: Εγχειρίδιο για πανεπιστήμια / Εκδ. Εκδ. Larionova V.P. - 3η έκδ., αναθεωρημένη. και επιπλέον -M.: Energoatomizdat, 1986. - 464 σελ.: ill.

5. E. D. Lozanskii και O. B. Firsov, Theory of a spark. M., Atomizdat, 1975, 272 p.

6. Λέσκοφ Γ.Ι. Ηλεκτρικό τόξο συγκόλλησης. Μ., «Μηχανική», 1970, -335s.

7. Cherny O.M. Συγκόλληση με ηλεκτρικό τόξο: πρακτική και θεωρία / - Εκδ. 2ον, προσθέστε. και ξαναδούλεψε. - Rostov n / a: Phoenix, 2009. - 319 p.

8. Svenchansky A. D., Smelyansky M. Ya. Ηλεκτρικοί βιομηχανικοί φούρνοι. - Μ.: 1970.

9. Sapko A.I. Μηχανισμοί ενεργοποίησης για ρυθμιστές ισχύος κλιβάνων ηλεκτρικού τόξου. Μ., Ενέργεια, 1969. - 128 σελ.

10. Shirshov I. G., Kotikov V. N. Sh64 Κοπή πλάσματος. - Λ .: Μηχανολόγος μηχανικός. Λένινγκραντ. Τμήμα,; 1987. -192 σελ.: άρρωστος.

11. V. Dembovsky. Μεταλλουργία πλάσματος. Πράγα, SNTL. Ανά. από την Τσεχία. Μ., «Μεταλλουργία», 1981. - 280s. από άρρωστος.

12. Gladkiy P.V., Perepletchikov E.F., Ryabtsev I.A. Συγκόλληση πλάσματος. - Κ .: «Οικοτεχνολογία», 2007. - 292s.

13. Koroteev A.S., Mironov V.M., Svirchuk Yu.S. - Μ.: Mashinostroenie, 1993. - 296 σελ.

Φιλοξενείται στο Allbest.ru

...

Παρόμοια Έγγραφα

Βασικές παράμετροι και ιδιότητες της θετικής στήλης (PS) εκκενώσεων λάμψης και τόξου. Μετασταθερά άτομα σε PS. Το φαινόμενο της καταφόρησης σε μείγμα αερίων. Βασικοί μηχανισμοί άντλησης διεγερμένων επιπέδων ενέργειας αερίου. Ακτινοβολία PS, παράμετροι πλάσματος.

δοκιμή, προστέθηκε στις 25/03/2016


Έρευνα και φυσική ερμηνεία της σχέσης που καθορίζει την εξάρτηση της τάσης της εκφόρτισης από την πίεση του αερίου και την απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων. Εμφάνιση εκκενώσεων κορώνας και τόξου σε διάκενο αερίου με επίπεδη κάθοδο οξειδίου.

περίληψη, προστέθηκε 30/11/2011


Χαρακτηριστικά μιας εκκένωσης λάμψης, διεργασίες που εξασφαλίζουν την ύπαρξή της. Ζωγραφική με λάμψη. Επεξήγηση των φαινομένων εκκένωσης λάμψης από την άποψη των στοιχειωδών διεργασιών. Χαρακτηριστικό Volt-ampere της εκφόρτισης μεταξύ των ηλεκτροδίων. Διεργασίες σε ατομικά αέρια.

περίληψη, προστέθηκε 02/03/2016


Έννοια του πλάσματος εκκένωσης λάμψης. Προσδιορισμός της συγκέντρωσης και της εξάρτησης της θερμοκρασίας των ηλεκτρονίων από την πίεση του αερίου και την ακτίνα του σωλήνα εκκένωσης. Ισοζύγιο σχηματισμού και ανασυνδυασμού φορτίων. Η ουσία της μεθόδου ανιχνευτή για τον προσδιορισμό της εξάρτησης των παραμέτρων του πλάσματος.

περίληψη, προστέθηκε 30/11/2011


Μελέτη εκκένωσης αερίου πυράκτωσης ως ένας από τους τύπους σταθερής ανεξάρτητης ηλεκτρικής εκκένωσης σε αέρια. Δημιουργία κβαντικών πηγών φωτός σε λαμπτήρες φθορισμού. Σχηματισμός εκκένωσης αερίου πυράκτωσης σε χαμηλή πίεση αερίου, χαμηλό ρεύμα.

παρουσίαση, προστέθηκε 13/04/2015


Χωρητική εκφόρτιση υψηλής συχνότητας: γενικές πληροφορίες, τύποι, μέθοδοι διέγερσης, κατασκευή του απλούστερου μοντέλου, μορφές ύπαρξης. Σύντομη θεωρία της μεθόδου ανιχνευτή Langmuir. Σύστημα Εξισώσεων Προσδιορισμού Παραμέτρων Εκφόρτισης. Μέτρηση ρεύματος εκφόρτισης.

διατριβή, προστέθηκε 30/04/2011


Μέθοδοι πειραματικού προσδιορισμού του συντελεστή ιονισμού αερίου. Τάση εκφόρτισης. Χαρακτηριστικά Volt-ampere μιας εκκένωσης αερίου χαμηλού ρεύματος σε αργό με κάθοδο μολυβδαινίου. Κατανομή δυναμικού στο διάκενο εκκένωσης αερίου.

δοκιμή, προστέθηκε στις 28/11/2011


Προϋποθέσεις για την εμφάνιση ηλεκτρικής εκκένωσης στα αέρια. Η αρχή του ιονισμού αερίου. Μηχανισμός ηλεκτρικής αγωγιμότητας αερίων. Μη αυτοσυντηρούμενη εκκένωση αερίου. Ανεξάρτητη εκκένωση αερίου. Διάφοροι τύποι αυτοεκφόρτισης και οι τεχνικές τους εφαρμογές.

περίληψη, προστέθηκε 21/05/2008


Ηλεκτρική εκκένωση στα αέρια. Οι κύριοι τύποι εκκένωσης αερίου. Μελέτη οιονεί στατικών ρευμάτων και οιονεί στατικών τάσεων στο αργό. Στοιχειώδεις διεργασίες στο στρώμα σχεδόν ηλεκτροδίου. Φασματοσκοπική μελέτη αργού. Η αρχή λειτουργίας του μονοχρωμάτορα.

περίληψη, προστέθηκε 13/12/2013


Η ιδέα και ο σκοπός ενός λέιζερ CO2, τα τεχνικά χαρακτηριστικά και τα εξαρτήματά του, η αρχή λειτουργίας και οι λειτουργίες που εκτελούνται. Η διαδικασία για τον υπολογισμό των κύριων δεικτών του λέιζερ CO2. Μέθοδοι οργάνωσης μιας μη αυτοσυντηρούμενης εκφόρτισης συνεχούς ρεύματος, υπολογισμός της απόδοσής της.