Elektros lankas (Volto lankas, lanko išlydis) yra fizikinis reiškinys, vienas iš elektros iškrovos dujose rūšių.

Lanko struktūra

Elektros lankas susideda iš katodo ir anodo sričių, lanko kolonėlės, pereinamųjų sričių. Anodo srities storis yra 0,001 mm, o katodo srities storis yra apie 0,0001 mm.

Temperatūra anodo srityje suvirinimo elektrodų metu yra apie 2500 ... 4000 ° C, temperatūra lanko stulpelyje yra nuo 7000 iki 18000 ° C, katodo srityje - 9000 - 12000 ° C.

Lanko stulpas yra elektra neutralus. Bet kurioje jo sekcijoje yra tiek pat priešingų ženklų įkrautų dalelių. Įtampos kritimas lanko stulpelyje yra proporcingas jo ilgiui.

Suvirinimo lankai klasifikuojami pagal:

• Elektrodų medžiagos - su vartojamuoju ir nevartojančiu elektrodu;
• Kolonėlės suspaudimo laipsniai – laisvas ir suspaustas lankas;
• Pagal naudojamą srovę - nuolatinės srovės lankas ir kintamosios srovės lankas;
• Pagal nuolatinės elektros srovės poliškumą - tiesioginis poliškumas ("-" ant elektrodo, "+" - ant gaminio) ir atvirkštinis poliškumas;
• Naudojant kintamąją srovę - vienfaziai ir trifaziai lankai.

Elektros suvirinimo lanko savireguliavimas

Atsiradus išorinei kompensacijai – pasikeitus tinklo įtampai, vielos padavimo greičiui ir t. t. – pažeidžiama nustatyta pusiausvyra tarp padavimo greičio ir lydymosi greičio. Didėjant lanko ilgiui grandinėje, suvirinimo srovė ir elektrodo vielos lydymosi greitis mažėja, o padavimo greitis, nors ir išlieka pastovus, tampa didesnis nei lydymosi greitis, dėl kurio atkuriamas lanko ilgis. Sumažėjus lanko ilgiui, vielos lydymosi greitis tampa didesnis nei padavimo greitis, todėl atkuriama normalaus ilgio lankai.

Lanko savireguliacijos proceso efektyvumui didelę įtaką daro maitinimo šaltinio srovės-įtampos charakteristikos forma. Didelio greičio lanko ilgio svyravimai apskaičiuojami automatiškai, kai grandinės I - V charakteristika yra standi.

Kova su elektros lanku

Kai kuriuose įrenginiuose elektros lanko reiškinys yra žalingas. Tai visų pirma kontaktiniai perjungimo įtaisai, naudojami maitinimo šaltinyje ir elektrinėje pavaroje: aukštos įtampos jungikliai, automatiniai jungikliai, kontaktoriai, sekcijų izoliatoriai elektrifikuotų įrenginių kontaktiniame tinkle. geležinkeliai ir miesto elektrinis transportas. Kai apkrovos atjungiamos aukščiau nurodytais įtaisais, tarp lūžtančių kontaktų susidaro lankas.

Lanko mechanizmas šiuo atveju yra toks:

• Mažinti kontaktinis slėgis- mažėja kontaktinių taškų skaičius, didėja pasipriešinimas kontaktiniame mazge;
• Kontaktų divergencijos pradžia – „tiltų“ susidarymas iš išlydyto kontaktų metalo (paskutinių sąlyčio taškų vietose);
• Išlydyto metalo tiltelių plyšimas ir išgaravimas;
• Elektros lanko susidarymas metalo garuose (tai prisideda prie didesnės kontaktinio tarpo jonizacijos ir lanko gesinimo sunkumų);
• Stabilus lanko degimas su greitu kontakto perdegimu.

Kad kontaktai būtų kuo mažiau pažeisti, lanką būtina užgesinti per trumpiausią įmanomą laiką, dedant visas pastangas, kad lankas neatsidurtų vienoje vietoje (lankui judant, jame išsiskirianti šiluma tolygiai pasiskirstys per kontaktą kūnas).

Norėdami įvykdyti aukščiau nurodytus reikalavimus, taikomi sekančius metodus lanko kova:

• lanko aušinimas aušinimo terpės - skysčio srautu (alyvos jungiklis); dujos - (oro grandinės pertraukiklis, autodujų grandinės pertraukiklis, alyvos grandinės pertraukiklis, SF6 grandinės pertraukiklis), o aušinimo terpės srautas gali eiti tiek išilgai lanko veleno (išilginis gesinimas), tiek skersai (skersinis gesinimas); kartais naudojamas išilginis-skersinis slopinimas;
• vakuumo lanko gebos panaudojimas – žinoma, kad kai dujų, supančių įjungtus kontaktus, slėgis sumažėja iki tam tikra vertė, veda prie efektyvaus lanko gesinimo (dėl to, kad nėra lanko formavimo laikiklių) vakuuminis grandinės pertraukiklis.
• lankui atsparesnės kontaktinės medžiagos naudojimas;
• kontaktinės medžiagos, turinčios didesnį jonizacijos potencialą, naudojimas;
• lankinių tinklų naudojimas (grandinės pertraukiklis, elektromagnetinis jungiklis). Lanko slopinimo ant grotelių taikymo principas grindžiamas beveik katodo kritimo lanke efekto naudojimu (didžiąją dalį įtampos kritimo lanke sudaro įtampos kritimas prie katodo; lankinės gardelės iš tikrųjų yra serija iš eilės kontaktų ten patekusiam lankui).
• naudojimas

Šiuolaikinėje pramonėje suvirinimas turi didelę reikšmę, jis turi labai platų pritaikymo spektrą visose pramonės šakose. Norint atlikti suvirinimo procesą, reikalingas suvirinimo lankas.

Kas yra suvirinimo lankas, jo apibrėžimas

Suvirinimo lanku laikomas labai didelis elektros išlydis pagal galią ir trukmę, esantis tarp elektrodų, kuriems dujų mišinyje tiekiama įtampa. Jo savybės išsiskiria aukšta temperatūra ir srovės tankiu, dėl kurių jis gali išlydyti metalus, kurių lydymosi temperatūra viršija 3000 laipsnių. Apskritai galime pasakyti, kad elektros lankas yra dujų laidininkas, kuris konvertuoja elektros energija karštyje. Elektros krūvis yra elektros srovės perėjimas per dujų terpę.

Yra keletas elektros iškrovų tipų:

• Švytėjimo iškrova. Atsiranda esant žemam slėgiui, naudojamas liuminescencinės lempos ir plazminiai ekranai;
• Kibirkštinis iškrovimas. Atsiranda, kai slėgis lygus atmosferiniam, išsiskiria kintančia forma. Žaibas atitinka kibirkštinį išlydį, taip pat naudojamas vidaus degimo varikliams uždegti;
• Lanko iškrova. Naudojamas suvirinimui ir apšvietimui. Skiriasi ištisine forma, atsiranda esant atmosferos slėgiui;
• Karūna. Tai atsitinka, kai elektrodo korpusas yra grubus ir nehomogeniškas, antrojo elektrodo gali nebūti, tai yra, atsiranda srovė. Jis naudojamas dujoms valyti nuo dulkių;

Gamta ir struktūra

Suvirinimo lanko prigimtis nėra tokia sudėtinga, kaip gali pasirodyti iš pirmo žvilgsnio. Elektros srovė, eidama per katodą, tada prasiskverbia į jonizuotas dujas, įvyksta išlydis su ryškiu švytėjimu ir labai aukšta temperatūra, todėl elektros lanko temperatūra gali siekti 7000 - 10000 laipsnių. Po to srovė teka į suvirintą apdorotą medžiagą. Kadangi temperatūra tokia aukšta, lankas skleidžia ultravioletinę ir infraraudonąją spinduliuotę, kuri kenkia žmogaus organizmui, gali pakenkti akims ar lengvai nudeginti odą, todėl suvirinimo metu būtina tinkama apsauga.

Suvirinimo lanko struktūra susideda iš trijų pagrindinių sričių: anodo, katodo ir lanko kolonėlės. Lanko degimo metu ant katodo ir anodo susidaro aktyvios dėmės - zonos, kuriose temperatūra pasiekia didžiausias reikšmes, būtent per šias sritis visa elektros, anodo ir katodo srityse yra didesni įtampos kritimai. Ir pats stulpas yra tarp šių sričių, įtampos kritimas stulpe yra labai nežymus. Taigi, suvirinimo lanko ilgis yra minėtų sričių suma, dažniausiai ilgis lygus keliems milimetrams, kai anodo ir katodo sritys atitinkamai lygios 10-4 ir 10-5 cm. Palankiausias ilgis yra maždaug lygus 4-6 mm, su tokiu ilgiu pastovi ir palanki temperatūra.

Veislės

Suvirinimo lanko tipai skiriasi metodu suvirinimo srovė ir aplinką, kurioje jie atsiranda, dažniausiai naudojamos šios parinktys:

• Tiesioginis veiksmas. Taikant šį metodą, suvirinimas yra lygiagrečiai suvirintai metalinei konstrukcijai, o lankas atsiranda devyniasdešimties laipsnių kampu elektrodo ir metalo atžvilgiu;
• Netiesioginis suvirinimo lankas. Jis atsiranda, kai naudojami du elektrodai, esantys 40-60 laipsnių kampu suvirinamo ruošinio paviršiumi, tarp elektrodų atsiranda lankas ir suvirina metalą;

Taip pat yra klasifikacija, atsižvelgiant į atmosferą, kurioje jie atsiranda:

• Atviras tipas. Arc šio tipo dega ore ir aplink jį susidaro dujų fazė, kurioje yra virinamos medžiagos garai, elektrodai ir jų dangos;
• Uždaras tipas. Toks lankas dega po srauto sluoksniu, metalo, elektrodo ir srauto garai patenka į aplink lanką susidariusią dujų fazę;
• Lankas su dujų tiekimu. Į degimo lanką tiekiamos suslėgtos dujos - helis, argonas, anglies dioksidas, vandenilio ir kitų įvairių dujų mišinių, jie tiekiami taip, kad suvirintas metalas nesioksiduotų, jų padavimas prisideda prie redukuojančios arba neutralios aplinkos. Dujų fazė aplink lanką apima - tiekiamos dujos, metalo ir elektrodų garai;

Jie taip pat išsiskiria veikimo trukme – stacionariai (naudojant ilgalaikiam) ir impulsiniam (vienkartiniam naudojimui), pagal naudojamo elektrodo medžiagą – anglies, volframo – nenaudojamuosius elektrodus ir metalo – lydymosi. Dažniausiai naudojamas elektrodas yra plienas. Šiandien dažniausiai naudojamas suvirinimas nenaudojamu elektrodu. Taigi, suvirinimo lankų tipai yra įvairūs.

Degimo sąlygos

Standartinėmis sąlygomis, ty esant 25 laipsnių temperatūrai ir 1 atmosferos slėgiui, dujos negali praleisti elektros srovės. Kad susidarytų lankas, būtina, kad dujos tarp elektrodų būtų jonizuotos, tai yra, jose būtų įvairių įkrautų dalelių – elektronų arba jonų (katijonų arba anijonų). Jonizuotų dujų susidarymo procesas bus vadinamas jonizacija, o darbas, kurį reikia atlikti norint atskirti elektroną nuo atominės dalelės, kad susidarytų elektronas ir jonas - jonizacijos darbas, kuris matuojamas elektronų voltais ir vadinamas jonizacijos potencialas. Kokią energiją reikia sunaudoti norint atskirti elektroną nuo atomo, priklauso nuo dujų fazės pobūdžio, vertės gali būti nuo 3,5 iki 25 eV. Mažiausią jonizacijos potencialą turi šarminių ir šarminių žemių grupių metalai – kalis, kalcis ir atitinkamai jų cheminiai junginiai. Elektrodai yra padengti tokiais junginiais, kad jie prisidėtų prie stabilaus suvirinimo lanko egzistavimo ir degimo.

Taip pat lanko atsiradimui ir degimui reikalinga pastovi katodo temperatūra, kuri priklauso nuo katodo pobūdžio, jo skersmens, dydžio ir aplinkos temperatūros. Todėl elektros lanko temperatūra turi būti pastovi, o ne svyruoti, dėl didžiulių srovės stiprio verčių temperatūra gali siekti 7 tūkstančius laipsnių, taigi suvirinant galima sujungti absoliučiai visas medžiagas. Darbinio maitinimo šaltinio pagalba užtikrinama pastovi temperatūra, todėl jos pasirinkimas projektuojant suvirinimo aparatą yra labai svarbus, turi įtakos lanko savybėms.

Atsiradimas

Jis atsiranda greitosios grandinės metu, tai yra, kai elektrodas liečia suvirinamos medžiagos paviršių, dėl kolosalios temperatūros medžiagos paviršius išsilydo ir tarp elektrodo ir suvirinamos medžiagos susidaro nedidelė išsilydžiusios medžiagos juostelė. paviršius. Iki elektrodo ir suvirinamos medžiagos skirtumo susidaro medžiagos kaklelis, kuris dėl didelių srovės tankio verčių akimirksniu nutrūksta ir išgaruoja. Dujos jonizuojamos ir susidaro elektros lankas. Jį galima sužadinti liečiant ar smogiant.

Ypatumai

Ji turi šias funkcijas palyginti su kitais elektros krūviais:

• Didelis srovės tankis, kuris siekia kelis tūkstančius amperų per kvadratinis centimetras, dėl kurio pasiekiama labai aukšta temperatūra;
• Netolygus pasiskirstymas elektrinis laukas erdvėje tarp elektrodų. Prie elektrodų įtampos kritimas labai didelis, o kolonoje atvirkščiai;
• Didžiulė temperatūra, kuri pasiekia daugiausiai didelės vertybės stulpelyje dėl didelio srovės tankio. Didėjant kolonėlės ilgiui, temperatūra mažėja, o susiaurėjus, atvirkščiai, didėja;
• Suvirinimo lankų pagalba galima gauti įvairiausių srovės įtampos charakteristikų – įtampos kritimo priklausomybę nuo srovės tankio esant pastoviam ilgiui, tai yra pastovaus degimo būsenoje. Įjungta Šis momentas yra trys voltų amperų charakteristikos.

Pirmasis krenta, kai įtampa krenta didėjant stiprumui ir atitinkamai srovės tankiui. Antrasis yra sunkus, kai srovės stiprumo pokytis neturi įtakos įtampos vertės reikšmei, o trečiasis yra didėjantis, kai didėjant srovės stiprumui, įtampa taip pat didėja.

Taigi suvirinimo lankas gali būti vadinamas geriausiu ir patikimiausiu sujungimo būdu. metalines konstrukcijas... Suvirinimo procesas šiandien turi didelę įtaką pramonei, nes tik aukšta suvirinimo lanko temperatūra gali surišti daugumą metalų. Norint gauti kokybiškas ir patikimas siūles, būtina teisingai ir teisingai atsižvelgti į visas lanko charakteristikas, stebėti visas vertes, dėl to procedūra vyks greitai ir efektyviai. Taip pat būtina atsižvelgti į lanko savybes: srovės tankį, temperatūrą ir įtampą.

Elektros lankas yra lanko išlydis, kuris atsiranda tarp dviejų elektrodų arba elektrodo ir ruošinio ir leidžia suvirinant sujungti dvi ar daugiau dalių.

Suvirinimo lankas, priklausomai nuo aplinkos, kurioje jis atsiranda, skirstomas į kelias grupes. Jis gali būti atviras, uždaras, taip pat apsauginėje dujų aplinkoje.

Teka atviras lankas lauke jonizuojant daleles degimo zonoje, taip pat suvirinamų detalių metalo ir elektrodų medžiagos garais. Uždaras lankas savo ruožtu dega po srauto sluoksniu. Tai leidžia keisti dujinės terpės sudėtį degimo zonoje ir apsaugoti ruošinių metalą nuo oksidacijos. Tada elektros lankas teka per metalo garus ir srauto priedų jonus. Apsauginių dujų aplinkoje degantis lankas teka per šių dujų jonus ir metalo garus. Tai taip pat padeda išvengti dalių oksidacijos ir, atitinkamai, padidina susidariusios jungties patikimumą.

Elektros lankas skiriasi tiekiamos srovės tipu – kintamąja ar pastovia – ir degimo trukme – impulsine ar stacionaria. Be to, lankas gali būti tiesioginio arba atvirkštinio poliškumo.

Pagal naudojamo elektrodo tipą skiriami netirpstantys ir besilydantys. Vieno ar kito elektrodo naudojimas tiesiogiai priklauso nuo jo savybių suvirinimo aparatas... Lankas, atsirandantis naudojant nenaudojamą elektrodą, kaip rodo pavadinimas, jo nedeformuoja. Suvirinant sunaudojamąjį elektrodą, lanko srovė išlydo medžiagą ir sulydoma ant originalaus ruošinio.

Lanko tarpą sąlygiškai galima suskirstyti į tris būdingas dalis: beveik katodą, beveik anodo ir taip pat lanko kamieną. Šiuo atveju paskutinis skyrius, t.y. lanko kamienas turi didžiausią ilgį, tačiau lanko charakteristikas, taip pat jo atsiradimo galimybę lemia būtent artimos elektrodų sritys.

Apskritai, elektros lanko charakteristikas galima apibendrinti šiame sąraše:

1. Lanko ilgis. Tai reiškia bendrą atstumą tarp beveik katodo ir beveik anodo sričių, taip pat lanko veleną.

2. Lanko įtampa. Susideda iš kiekvienos srities sumos: kamieno, prie katodo ir šalia anodo. Šiuo atveju artimųjų elektrodų srityse įtampos pokytis yra daug didesnis nei likusioje srityje.

3. Temperatūra. Elektros lankas, priklausomai nuo dujų terpės sudėties, elektrodų medžiagos, gali sukurti temperatūrą iki 12 tūkst. Kelvinų. Tačiau tokios smailės nėra visoje elektrodo galinio paviršiaus plokštumoje. Kadangi net ir su dauguma geresnis valdymas ant laidžios dalies medžiagos yra įvairių nelygumų ir iškilimų, dėl kurių atsiranda daug iškrovų, kurios suvokiamos kaip viena. Žinoma, lanko temperatūra labai priklauso nuo aplinkos, kurioje jis dega, taip pat nuo tiekiamos srovės parametrų. Pavyzdžiui, jei padidinsite srovės vertę, atitinkamai padidės ir temperatūros vertė.

Ir, galiausiai, srovės įtampos charakteristika arba CVC. Reiškia įtampos priklausomybę nuo ilgio ir srovės dydžio.

Elektros lankas yra elektros iškrovos dujose rūšis. Bet koks nukreiptas įkrautų dalelių judėjimas tarp elektrodų dujose vadinamas išlydžiu. Lanko vieta tarp kitų dujų išmetimų tipų:

Lanko iškrova skiriasi nuo kitų:

1 - aukšta temperatūra 4000 - 50 OOO K

2 - didelio stiprumo srovė 50-10 000 A

3 - silpnas elektrinis laukas 10 - 60 V.

Jis vadinamas lanku dėl būdingos formos, atsirandančios dėl lanko įkrautų dalelių sąveikos su paties lanko magnetiniu lauku. Didėjant srovei, magnetinis laukas gali nutraukti lanko iškrovą

Srovė lanko procese teka tarp elektrodų (lanko polių) per dujas lanko erdvėje.

Teigiamas elektrodas yra anodas.

Neigiamas elektrodas – katodas

Atskirkite laisvus (laisvai besiplečiančius) ir suspaustus lankus. Laisvu (laisvai besiplečiančiu) vadinamas lankas, kurio oadius nėra ribojamas nė vienoje jo atkarpoje;

suspaustas vadinamas lanku, kurio spindulys ribojamas bent vienoje atkarpoje.

Lanko įtampos kritimo paskirstymas. Tarpelektrodinėje erdvėje pastebimas netolygus elektrinio lauko pasiskirstymas (potencialūs šuoliai artimųjų elektrodų srityse) ir, atsižvelgiant į tai, įtampos kritimas išilgai lanko ilgio yra netolygus.

Laisvieji elektronai, esantys metaluose veikiant elektriniam laukui esant aukštai katodo temperatūrai, jį palieka. Katodo srities potencialas pagreitina ir jonizuoja lanko kolonėlės atomus Kolonėlės atomai gali jonizuotis ir nuo aukštos temperatūros (susidūrimo). , fotojonizacija) Elektronai juda lanko stulpelyje link anodo Artėjant prie anodo , krinta ant jo veikiant anodo srities elektriniam laukui Jonai juda priešinga kryptimi, bombarduodami katodą

Dujų laidininko varža yra netiesinė, todėl lankas nepaklūsta Omo dėsniui

Statinės srovės-įtampos lanko charakteristika. Priklausomai nuo srovės tankio, srovės įtampos charakteristika gali būti krentanti, plokščia ir didėjanti

Esant mažoms srovėms, didėjant srovei, įkrautų dalelių skaičius sparčiai didėja, daugiausia dėl šildymo ir elektronų emisijos padidėjimo iš katodo paviršiaus, taigi ir dėl atitinkamo tūrio jonizacijos padidėjimo lanko stulpelyje.

Tokiu atveju lanko kolonėlės varža mažėja, o iškrovimui palaikyti reikalinga įtampa krenta. Lanko charakteristika krenta.

Toliau didėjant srovei ir apribojus elektrodų skerspjūvį, lanko kolonėlė šiek tiek suspaudžiama ir mažėja dujų, dalyvaujančių perkeliant krūvį, tūris. Tai lemia lėtesnį įkrautų dalelių skaičiaus augimo tempą.

Lanko įtampa mažai priklauso nuo srovės. Charakteristika yra plokščia.

Pirmose dviejose srityse elektrinė varža lankai yra neigiami (neigiami). Šios sritys būdingos lankams, kurių srovės tankis yra palyginti mažas. Tolesnis srovės padidėjimas sukels katodo terminio pajėgumo išeikvojimą. Įkrautų dalelių skaičius nedidėja, o lanko varža tampa teigiama ir beveik pastovi. Atsiranda labai jonizuota „suspausta plazma, kuri savo savybėmis artima metaliniams laidininkams. Toks lankas paklūsta Ohmo dėsniui.

Įvairių lanko sričių energetinė talpa

Pateiktiems skaičiams įtampos kritimas lanko srityse (lankas geležies garuose) ir būdingas rankiniam lankinio suvirinimo dabartinės vertės:

Katodo srityje 14Вх100А = 1,4 kW, kai ilgis * 10 "5 cm

Lanko stulpelyje 25 V / cm x 0,6 cm x 100 A = 1,5 kW, kai ilgis ^ 0,6 cm

Anodinėje srityje 2,5 V x 100 A = 250 W, kai ilgis ^ 10 "4 cm.

Pagrindiniai energijos vartotojai yra katodo sritis ir lanko kolonėlė, akivaizdu, kad pagrindiniai procesai, kurie apibūdina fizinis reiškinys, kurio rezultatas yra lanko iškrova.

Esant pastoviems elektrodų skersmenims ir atstumams tarp jų, lanko elektriniai parametrai priklausys nuo elektrodų medžiagos (emisija, metalo garai kolonėlėje), dujų lanke sudėties, elektrodų temperatūros ir sudėties. dujų lanke (lanko stulpelyje).

Tai yra, lanko elektriniai parametrai priklauso nuo fizinių ir geometrinių veiksnių. Elektrodų dydžio ir atstumo tarp jų keitimas įtakoja lanko elektrines charakteristikas.

Suvirinimo lankai skirstomi (klasifikuojami):

Pagal elektrodų medžiagas (Fe, W, Cu ir kt.)

Pagal dujų sudėtį (ore, metalo garuose, apsauginių dujų sraute;

Sunaudojamas arba nevartojamas elektrodas ir kt.

Fiziniai procesai katodo srityje

Elektronai palieka katodo paviršių ir juda link anodo. Kelias, kurį jie nueina prieš pirmąjį susidūrimą su lanko dujų atomais, riboja katodo sritį. Skaičiavimai rodo, kad tai yra * 10 cm normalus slėgis ir lankai ore ir geležies garuose.

Įprasta katodo sritį vadinti šia lanko sritimi (1C) "5 cm) ir pačiu katodo paviršiumi.

1) Bendra elektros srovė katodo srityje susideda iš elektroninių ir joninių srovių

Srovės tankis (A / cm2):

I = eo-rvWe'i © = e0n © W &

e0 – elektrono krūvis;

l © - elektronų skaičius;

W © – elektronų judėjimo (drift) greitis.

Jei darysime prielaidą, kad jonų ir elektronų srovės yra lygios (pačiame I,> 1v), tada

Jonai ir elektronai, praeinantys per katodo sritį, kaupia kinetinę energiją:

R _ P1fUf - _ tsLChe.

kur tie, m © yra atitinkamos masės.

Kadangi juos pagreitina elektrinis laukas, jų gaunama energija bus Єo-IL (krūvių sandauga pagal potencialų skirtumą):

Eph = Jos = Єo. uk

tada įkrautų dalelių greičiai yra tokie:

w * =; mes = Ne., tada

ne _ W9 _ y rpe _ I rn (

Elektronų masė mQ, = 9,106-10 "28 g

Protono masė mn = 1,66-10 "24 g

1,66-10''24-55,84_z19

Geležies jonui AFe = 55,84; tokiu atveju:

apie katodą, duoti jam savo energiją, jį įkaitinant, užfiksuoti elektroną, virstantį neutraliais atomais. Elektronai iš katodo pagreitinami iki energijos eo U *, atsitrenkdami į lanko kolonėlės atomus ir juos jonizuodami.

Katodinė emisija

Yra šių tipų elektronų emisija iš katodo paviršiaus:

termoelektroniniai;

Automatinis elektroninis (elektrostatinis);

Fotoelektrinis (išorinis fotoelektrinis efektas);

Antrinis (paviršiaus bombardavimas atomais, jonais, sunkiosiomis dalelėmis, elektronais ir kt.);

Lankinio suvirinimo metu dažniausiai naudojami terminiai ir lauko spinduliai.

Emisijos intensyvumas apskaičiuojamas pagal srovės tankį j [A / cm2] (suvirinimui 102 ... 105 A / mm2).

Termioninė emisija.

Laisviesiems elektronams, esantiems kietoje medžiagoje, neleidžiama palikti jos elektrinio lauko – paviršiaus potencialo barjero.

Mažiausios energijos, kuri turi būti suteikta elektronui, kad jis galėtų palikti kūno paviršių ir nutolti iki tokio atstumo, kuriame jo ir kūno sąveika neįmanoma, vertė vadinama darbo funkcija.

Visada atsiras tokių elektronų, kurie netyčia pasiima šią energiją ir palieka kūną. Tačiau veikiami elektrinio lauko jie iškart grįžta.

Kylant kūno temperatūrai, daugėja elektronų, turinčių pakankamai energijos išeiti iš kūno.

Elektrostatiniuose skaičiavimuose darbo funkcija A * = e0 f, kur<р - потенциал выхода. Е0 = 1, А, = ф в эктрон-вольтах.

Termioninės emisijos srovės tankis nustatomas pagal Richardsono – Deštmano lygtį:

jT = AT2e „kf; jT = AT2e "^

A – pastovus, priklauso nuo katodo medžiagos

T – temperatūra

k: - Boltzmanno konstanta k = 8,62 10'5 eV / K = 1,38-10 "23 JJ

Termioninės emisijos srovė yra keliomis eilėmis (100 ... 10 000 kartų) mažesnė už tą, kurios reikia katodui suvirinant, pavyzdžiui, plieną.

Tačiau 8-ojo katodo sritis turi teigiamą tūrinį joninį krūvį, kuris sukuria 1–106 V / cm ir didesnį lauko stiprumą. Tokio stiprumo elektrinis laukas pakeičia elektronų emisijos iš katodo sąlygas.

Elektronų darbo funkcija mažėja pagal lauko stiprumo dydį artimojo elektrodo (artimo katodo) srityje. Šis reiškinys vadinamas Šotkio efektu. Darbo funkcija, kai yra katodo paviršinės srities elektrinis laukas e, sumažėja verte: TAIP = e "2E, / 2 DAV = 3,8-10" * E

E – elektrinio lauko stiprumas Ypatingą vaidmenį paaiškinant katodo emisijos reiškinius esant neįprastai dideliam srovės tankiui, būdingam suvirinimui sunaudojamaisiais elektrodais, atlieka Langmuiro (1923) elektrostatinė hipotezė (lauko emisija). Elektronų srautas turi bangines savybes Elektronas – banga gali prasiskverbti nuo katodo iki anodo, nepakildama iki emisijai reikalingo potencialo lygio, o jį aplenkdama. Tai vadinama tunelio perėjimu.Ji vyksta neeikvojant energijos.

Šiuo atveju potencialo barjero reikšmė turėtų būti mažesnė už sraute esančio elektrono bangos ilgį. Elektronų srauto bangos ilgis:

Ft – Planko konstanta ft = 4,13-10 "15 e-v s m - elektrono masė V - elektronų srauto greitis.

y ir b yra konstantos, kurios priklauso nuo katodo medžiagos.

Fotoemisija (išorinis fotoelektrinis efektas, Einšteino efektas). Kai katodas sugeria šviesos kvantus, gali atsirasti elektronų, kurių energija yra daug didesnė už darbo funkciją. Fotoemisijos atsiradimo sąlyga (Einšteino dėsnis)

Fi v £ φ + Uz mv2

fi - Planko konstanta F> = 6,626176 (36) - 10 m J-sek; v – šviesos bangos dažnis;

m yra elektro masė. įjungta

v – elektronų greitis po emisijos.

c - šviesos greitis vakuume yra 299792458,0 (1,2) m / s;

vo, * o yra šviesos ribinis dažnis ir bangos ilgis, galintys sukelti fotoemisiją.

Dujų mišinys jonizuojamas skirtingai nei kiekvienos atskiros dujos dėl to, kad dėl jonizacijos susidarančios elektroninės dujos bus bendros visiems dujų mišinio komponentams. Mišinio jonizacijos laipsnis:

■ L-ts p-d R '

n yra dalelių skaičius;

S yra dalelių sąveikos skersmuo (Ramsauerio skersmuo);

P - išorinis slėgis.

Vidutinis kvadratinis greitis nustatomas pagal vidutinę šiluminio judėjimo energiją.

k – Boltzmanno konstanta.

Laisvasis jono kelias - X * laisvas neutralaus atomo kelias. Laisvas elektrono kelias yra Л * о * 4ІЛп (Ramsauerio efektas).

Skaičiavimai rodo, kad esant geležies jono ir elektrono masėms: pir ** = 56-1,66-1 O "2 * g, me0 = 9,106 10'28 g,

jų mobilumo santykis bus toks:

Akivaizdu, kad jonų srovė yra 1830 kartų mažesnė už elektroninę. Iš pateiktų priklausomybių, atsižvelgiant į slėgį, elektronų judrumas bus:

b. = th-C-C - ■ Jt ps

В = 3,62-10 '13 - reikšmė be matmenų;

5 - dalelių sąveikos skersmuo (Ramsauer).

Elektrono dreifo greitis lanko stulpelyje:

Skaičiavimuose daroma prielaida, kad lanko kolona yra cilindro formos, vienalytė su pastoviu skerspjūvio srovės tankiu – KK Khrenovo kanalo modelis.

Lanko stulpelio ilgis praktiškai lygus lanko ilgiui (0,1 - 15 mm ribose). Įtampos kritimas lanko stulpelyje yra proporcingas stulpelio ilgiui:

Anodo elektrinis laukas išmeta teigiamus jonus į lanko kolonėlę, pritraukdamas elektronus. Sukuriamas tūrinis neigiamas krūvis. Iš paviršiaus anodo neišskiria teigiami jonai (tuo atveju tam tikrų tipų anglies lankas). Šiuo atžvilgiu srovė anodo srityje yra grynai elektroninė srovė<>.

Anodo srities ilgis yra maždaug lygus vidutiniam laisvam elektronų keliui po paskutinio susidūrimo su atomu. Tūrinis neigiamas anodo srities krūvis sukelia anodo įtampos kritimą, kuris mažai priklauso nuo anodo medžiagos, lanko dujų, srovės per lanką ir yra lygus 2 ... 3 V. Elektronas, pasiekęs anodą, suteikia jam savo kinetinė energija, taip pat darbo funkcija, kuri buvo skirta elektronui atskirti nuo katodo.

Srovės ir įtampos charakteristika lankui, kuris laisvai plečiasi (laisvas)

Lankinio išlydžio sistema yra stabili. Nuolat tiekdamas energiją, jis palaiko save įvairiais režimais. Bet koks disbalansas sukelia tokį lanko parametrų pasikeitimą, kad lanko procesas išlieka (nenutraukiamas). Sienos. kuriuose galimi lanko procesai ir lanko parametrų pokyčių pobūdis, reaguojant į pusiausvyros sutrikimus, nustato srovės-įtampos charakteristikas.

Statinis -1 - vapsvos; dinaminis -1 - 0.

Mes apsvarstysime statines lanko kolonėlės charakteristikas.

Prielaidos (KK Chrenovo kanalo modelis):

Apsvarstykite stabilų lanko procesą. Energija į lanką tiekiama neribotu kiekiu ir kaip jums patinka ilgas laikas... Nė vienas išoriniai veiksniai neturi įtakos lanko skersmeniui.

Visose lanko zonose griežtai palaikoma termodinaminė pusiausvyra. Šiuo atveju lanko plazma paklūsta Sahos dėsniui.

Lanko stulpelis yra cilindras, kurio paviršius smarkiai atskiria lanko plazmą, kurios temperatūra Td, nuo aplinkos T = 0.

Visi lanko kolonėlės tepp nuostoliai yra nuostoliai dėl išorinio cilindrinio lanko apvalkalo spinduliavimo ir atitinka Stefano-Boltzmanno dėsnį.

Steinbecko minimumo principas.

Laisvai besiplečiančiame lanke fiziniai procesai nustatomi taip, kad £ -> min.

Su stabiliu lanko procesu šilumos nuostoliai lanko stulpai yra minimalūs tokiomis sąlygomis. Tam tikrai dujų fazės būsenai ir konstantoms 1R ir P elektrinis laukas priklausys tik nuo 1 ^.

1. Didėjant kolonėlės temperatūrai nuo T6, didėja jonizacijos laipsnis, elektronų judrumas, srovės tankis, elektrinio lauko stiprumas, kartu didėja ir spinduliuotės nuostoliai.

2. Sumažėjus kolonėlės temperatūrai nuo TB, mažėja jonizacijos laipsnis ir srovės tankis, tačiau didėja lauko stiprumas. Energijos sąnaudos didėja.

Jei nėra jokių lanko skersmens apribojimų, lankas yra savireguliuojanti sistema plačiame diapazone. Lankas automatiškai palaikomas žemiausiu įmanomu lauko stiprumu. Tai yra, esant pastovioms terpės ir Id fizinių parametrų vertėms lanke, nustatomos tokios T ^ ir rst reikšmės, kurioms esant lauko stiprumas stulpelyje bus minimalus.

Energijos balansas lanko regionuose

Energijos balansas lanko stulpelyje f yra elektronų srovės dalis, | a yra suvirinimo srovė.

Šaltinio energija (Joule-Lenz šiluma, išsiskirianti dėl lanko kolonėlės plazmos atsparumo pratekančiai srovei):

ist – įtampos kritimas lanko stulpelyje.

Neutralių atomų jonizavimas:

C – dujų jonizacijos potencialas lanko tarpelyje.

Radiaciniai šilumos nuostoliai – RCT

Šilumos nuostoliai konvekcijai - R ^ *,

Šilumos nuostoliai įkrautų dalelių sklaidai aplinką- RAWt>

Šilumos nuostoliai endotermijai cheminės reakcijos- RXMt

Balanso lygtis:

(1 - f) l * U * + (1 - f) l * Ui + 4 g - Rem = f-lu

Q * + R * arba supaprastinta forma:

Q * = lc * (JK –<р)

taigi išvada:

tuo geresnė elektronų emisija nuo katodo paviršiaus (tuo mažesnė darbo funkcija<р) - тем больше теплоты выделяется на катоде. Опытные данные показывают:

be to: 2 - būdingas nenaudojamiems katodams;

10 - būdingas lydymosi katodams.

3. Energijos balansas prie anodo.

Balanso lygtis:

P + A ■ Rem - Qt + R *

arba supaprastinta forma:

Q «= l ~ (U, +<р)

Eksperimentiniai duomenys rodo:

Suspaustas lankas.

Gautos lanko stulpelio spindulys visų pirma yra srovės lanke funkcija:

pi / 2,2 3 gst = C2 -gg - d

B3,! 9A2 a0 Uj

Didėjant srovei, lanko spindulys didėja.

drCT „P12 2, -13. Р12 Дід

ID Std3i (912 3 OR 2a'3i! 9,2 ", C

Дгст - lanko spindulio padidėjimo greitis.

Lanko stulpelio spindulio kitimo greitis (Dgst - greitis) priklauso nuo absoliučios srovės vertės. Esant mažoms srovėms, spindulys jautrus srovės pokyčiams, esant didelėms srovėms, jis nėra labai jautrus. Galiausiai, kai aš "- *", Dget = 0.

Kai Дгст = const, lanko srovė nustatoma pagal srovės tankį "i"

I = ЛГап "Urna-

Lankas, turintis šias savybes, vadinamas išspaustu lanku. Jei spindulys bent vienoje atkarpoje yra pastovi reikšmė ^ D ^ ga vadinamas suspaustu.

Perėjimo iš laisvojo į suspaustą lanką riba priklauso nuo jonizacijos potencialo U ,. Esant mažai U reikšmei, reikia didelės srovės, kad patektų į suspaustą lanką. Spindulio apribojimas gali būti pagrįstas vieno iš elektrodų plotu arba padidinus šilumos perdavimą iš šoninio kolonėlės paviršiaus. Pučiant lanką šaltų dujų srautu, esant mažoms srovės vertėms, galima jį paversti suspaustu lanku.

Realiomis sąlygomis Dget padidėjimo vertę gali įtakoti:

1. Elektrodų, tarp kurių dega lankas, spindulys.

2. Dujų, kuriose dega lankas, jonizacijos potencialas.

3. Šilumos perdavimas nuo lanko kolonėlės šoninio paviršiaus.

Suspausto lanko gavimo metodai

Remiantis tuo, yra tokie būdai, kaip gauti suspaustą lanką:

Apriboti bent vieno iš elektrodų skersmenį;

Lanko pūtimas dujomis, turinčiomis didelį jonizacijos potencialą ir aukštą šilumos laidumą (Ar. He);

Išorinis išilginis magnetinis laukas (technologijoje nenaudojamas).

Bendras lanko srovės įtampos charakteristikų aprašymas, remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, gali būti atliktas taip:

1) Laisvas lankas (laisvai besiplečiantis). Lanko stulpelio gst spindulys didėja

augimo srovė ^ Id. Lanko temperatūra išlieka pastovi T = const, jonizacijos laipsnis x labai žemas. Tiek lanko kolonėlė, tiek katodo sritis turi kritimo charakteristikas.

2) Suspaustas silpnai jonizuotas lankas. Lanko stulpelio spindulys rt - nedidėja didėjant m. Kaip t, jonizacijos laipsnis x ir lanko sustojimo temperatūra Ta pradeda pastebimai didėti. Lanko stulpelis taip pat turi kritimo charakteristiką. Katodo sritis – didėja

3) Cu ^ m ^ v ^ junginys £ jonizuotas lankas. Lanko kolonėlės ir katodo srities jonizacijos laipsnis x- * 1 I - V charakteristikos – didėja. Lanko procesai nustoja priklausyti nuo poliškumo, elektrodų medžiagų ir dujų savybių lanko kolonėlėje. Lankas tampa įprastu laidininku metalo lygyje (esant 10 000 K varžai p = 1,5-1 O "4 Ohm cm), virsta labai koncentruotu, labai stabiliu suvirinimo šildymo šaltiniu

Sveiki visi mano tinklaraščio lankytojai. Šiandienos straipsnio tema – elektros lankas ir elektros lanko apsauga. Tema neatsitiktinė, rašau iš Sklifosovskio ligoninės. Ar galite atspėti kodėl?

Kas yra elektros lankas

Tai elektros iškrovos dujose tipas (fizinis reiškinys). Jis taip pat vadinamas - lankiniu išlydžiu arba voltiniu lanku. Susideda iš jonizuotų, elektriškai beveik neutralių dujų (plazmos).

Jis gali atsirasti tarp dviejų elektrodų, kai įtampa tarp jų didėja arba kai vienas artėja vienas prie kito.

Trumpai apie savybių: elektros lanko temperatūra, nuo 2500 iki 7000 °C. Tačiau ne maža temperatūra. Metalų sąveika su plazma sukelia kaitinimą, oksidaciją, lydymąsi, garavimą ir kitų rūšių koroziją. Jį lydi šviesos spinduliuotė, sprogstamosios ir smūginės bangos, itin aukšta temperatūra, degimas, ozono ir anglies dioksido išsiskyrimas.

Internete yra daug informacijos apie tai, kas yra elektros lankas, kokios jo savybės, jei domina plačiau, pasidomėkite. Pavyzdžiui, ru.wikipedia.org.

Dabar apie mano avariją. Sunku patikėti, bet prieš 2 dienas aš tiesiogiai susidūriau su šiuo reiškiniu, ir nesėkmingai. Buvo taip: lapkričio 21 d., darbe, man liepė padaryti jungčių dėžutėje esančių lempų laidus, o tada prijungti prie tinklo. Su laidais problemų nebuvo, bet kai patekau į skydą, iškilo tam tikrų sunkumų. Gaila, kad androidas pamiršo savo namus, nenufotografavo elektros skydo, kitaip būtų aiškiau. Galbūt aš padarysiu daugiau, kai eisiu į darbą. Taigi, skydas buvo labai senas - 3 fazės, nulinė magistralė (aka įžeminimas), 6 automatai ir paketinis jungiklis (viskas atrodo paprasta), būsena iš pradžių nekėlė pasitikėjimo. Aš ilgai kovojau su nuline padanga, nes visi varžtai buvo surūdiję, po to lengvai įdėjau fazę ant mašinos. Viskas gerai, armatūras patikrinau, veikia.

Po to grįžau prie skydo tvarkingai nutiesti laidus, uždaryti. Noriu pastebėti, kad elektros skydelis buvo ~ 2 metrų aukštyje, siaurame praėjime ir prie jo patekti panaudojau kopėčias (kopėčias). Tiesdamas laidus ant kitų mašinų kontaktų aptikau kibirkščių, dėl kurių mirksėjo lempos. Atitinkamai ištempiau visus kontaktus ir toliau tikrinau likusius laidus (kad tai padarytu vieną kartą ir daugiau prie šito negrįžčiau). Radusi, kad vienas kontaktas ant maišelio turi aukštą temperatūrą, nusprendžiau ir jį ištempti. Jis paėmė atsuktuvą, atsirėmė į varžtą, pasuko, trenk! Įvyko sprogimas, blyksnis, atsitrenkiau atgal, atsitrenkiau į sieną, nukritau ant grindų, nieko nesimatė (apakino), skydas nesiliovė sprogęs ir dūzgęs. Nežinau, kodėl apsauga neveikė. Pajutęs ant savęs krentančias kibirkštis, supratau, kad turiu išlipti. Išlipau liesdamas, šliaužiodamas. Išlipęs iš šio siauro praėjimo, jis pradėjo skambinti savo partneriui. Jau tuo metu pajutau, kad su dešine ranka kažkas negerai (laikiau su ja atsuktuvą), jaučiau baisų skausmą.

Kartu su mano partneriu nusprendėme, kad reikia bėgti į pirmosios pagalbos postą. Kas nutiko toliau, manau, neverta pasakoti, jie tiesiog susisiekė ir pateko į ligoninę. Niekada nepamiršiu šio siaubingo ilgo trumpojo jungimo garso – niežtinčio zvimbimo.

Dabar guliu ligoninėje, turiu kelio nubrozdinimą, gydytojai mano, kad mane nutrenkė elektra, tai išeitis, todėl stebi širdį. Tikiu, kad nepatyriau elektros srovės, o rankos apdegimas atsirado dėl trumpojo jungimo metu atsiradusio elektros lanko.

Kas ten atsitiko, kodėl įvyko trumpasis jungimas, iki šiol nežinau, manau, pasukus varžtą pajudėjo pats kontaktas ir įvyko fazinis trumpasis jungimas arba už paketo buvo plikas laidas jungiklį ir kai priartėjo varžtas elektros lankas... Vėliau sužinosiu, ar jie tai išsiaiškins.

Po velnių, aš nuėjau į persirengimą, jie paspaudė man ranką, kad dabar rašau su viena))

Be tvarsčių nenufotografavau, labai nemalonus vaizdas. Nenoriu gąsdinti pradedančiųjų elektrikų...

Kokios yra lanko apsaugos priemonės, kurios galėtų mane apsaugoti? Paanalizavęs internetą pamačiau, kad populiariausia priemonė elektros instaliacijoje apsaugoti žmones nuo elektros lanko yra karščiui atsparus kostiumas. Šiaurės Amerikoje itin populiarūs specialūs Siemens automatai, apsaugantys ir nuo elektros lankų, ir nuo viršsrovių. Rusijoje šiuo metu tokios mašinos naudojamos tik aukštos įtampos pastotėse. Mano atveju man užtektų dielektrinės pirštinės, bet pagalvokite patys, kaip jose sujungti lempas? Tai labai nepatogu. Taip pat rekomenduoju naudoti apsauginius akinius, kad apsaugotumėte akis.

Elektros instaliacijose kova su elektros lanku vykdoma naudojant vakuuminius ir alyvos jungiklius, taip pat naudojant elektromagnetines rites kartu su lanko gesinimo kameromis.

Tai viskas? Ne! Patikimiausias būdas apsisaugoti nuo elektros lanko, mano nuomone, yra streso mažinimo darbas ... Nežinau kaip jūs, bet aš daugiau nedirbsiu esant įtampai ...

Tai mano straipsnis. elektros lankas ir elektros lanko apsauga baigiasi. Ar ką pridurti? Palikite komentarą.