ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дуговой разряд, как источник электронагрева из "Теоретические основы химической электротермии" Электрическая дуга (дуговой разряд) — один из видов электрических разрядов в газах (парах). Единого, общепринятого определения электрической дуги нет. Можно лишь сказать, что это такие разряды, у которых сила тока велика (свыше 1 А), а напряжение горения относительно невелико (подробнее см. ниже). [c.89] Более подробно обсуждаемый материал изложен в работах [4-8]. [c.89] По характеру физических процессов, протекающих в разрядном про1Цежутке, обычно различают следующие формы разрядов электронный, темный, тлеющий и дуговой. Электронный разряд характеризуется наличием в качестве заряженных частиц электронов происходит он, поэтому, преимущественно в вакуумных аппаратах. [c.90] Темный разряд, при котором электрическое поле в меж-электродном пространстве мало искажается объемными зарядами, характеризуется малой плотностью тока 10- А/см. Электрическое поле тлеющего разряда определяется объемными зарядами и катодное падение напряжения значительно выше потенциала ионизации газов. Испускание электронов на катоде происходит, под действием удара о него тяжелых, ионов. Электроны ионизуют газы. Напряжение относительно велико (200—400 В), плотность тока 10 —10 А/см, общий ток 1—10 мА. [c.90] Дуговой разряд характеризуется малым катодным (10—20 В) падением напряжения и высокой плотностью тока (100— 1000 А/см ). Электрическое сопротивление столба дуги определяется зарядами в межэлектродном пространстве. Объясняется это тем, что появляется новый мощный источник ионизации — термическая ионизация. [c.90] Боковую поверхность разрядного промежутка представляют раскаленные газы (ореол), не принимающие участия в прохождении тока. За ореолом следует нейтральная ограничивающая среда (газовая, жидкая, твердая). [c.91] От анода к катоду происходит перенос материала, поэтому на поверхности анода появляется углубление, а катода — выступ. Строение разрядного промежутка довольно сложное. Непосредственно к катоду прилегает катодная область разрядного промежутка. Длина этой области очень мала ( 10 см), и она не зависит от общей длины разрядного промежутка. [c.91] Наличие резко очерченного контура катодного пятна объясняется тем, что излучение пропорционально четвертой степени температуры, а термоэлектронная эмиссия находится в экспоненциальной зависимости от нее. [c.92] Непосредственно к поверхности катода прилегает область катодного падения напряжения, градиент в которой достигает 10 В/см. Все пространство между электродами занято ярко светящимися газами, в которых протекают химические реакции (как в объеме, так и у электродов). Температура газа в дуговом разряде 5000—50 ООО К, а степень ионизации лежит в пределах от 1°/о до 100%. Столб дуги —он представляет собой ярко светящуюся смесь электронов, положительных ионов и более или менее сильно возбужденных нейтральных атомов —называется плазмой. [c.92] Мощность, подводимая из сети к 1 см длины ствола дуги, равна произведению градиента напряжения на ток дуги и при установившемся процессе равна мощности рассеиваемой в окружающее пространство. Область анодного падения напряжения непосредственно прилегает к положительному электроду (аноду А). Возникновение этой области обусловлено следующим явлением. Положительные ионы, появляющиеся вблизи анода, движутся по направлению к катоду. На аноде положительных ионов не образуется и вблизи него скапливаются отрицательные заряды, т. е. появляется объемный отрицательный заряд. [c.93] Процессы в электрических разрядах. В межэлектродном пространстве происходят следующие процессы ионизация деионизация диффузия ионизация в пограничных поверхностях. [c.93] Ионизация. Электроны в атомах в нормальном состоянии находятся на наинизшем разрешенном энергетическом уровне, т. е. занимают близкие к ядру орбиты. Если сообщить электрону избыток энергии, то он может выйти из орбиты действия сил притяжения ядра и, покинув атом, превратить его в положительный ион. Такой процесс называется ионизацией. Практически единственным механизмом ионизации газа в столбе дуги является термическая ионизация. Наравне с ней в нагретом газе происходит интенсивная деионизация — рекомбинация положительных и отрицательных частиц. [c.93] Значение потенциала ионизации зависит от свойств газовой среды или паров металлов, имеющихся в ней (табл. .2). [c.94] Если обозначить через г левую часть уравнения, то 2 - = /(П (рис. У.И). [c.94] Газы с меньшим потенциалом ионизации ионизируются сильнее, и наоборот. [c.95] В литературе [4—8] приведены зависимости степени ионизации от температуры и давления (рис. V. 13). Для таких элементов, как железо, марганец, магний уже при 8000 К степень ионизации становится больше 0,2, а для паров кальция она равна 0,5, что говорит о большом значении термической ионизации. [c.95] Деионизация. Это — процесс уменьшения Концентраций заряженных частиц в газе. Он протекает в газе и является результатом рекомбинации заряженных частиц или их диффузии из разрядного промежутка. Рассмотрим каждый из этих процессов. [c.96] Из формулы следует, что с повышением температуры коэффициент рекомбинации уменьшается. Для дугового разряда а составляет от 10 до 10- . Ориентировочно, зависимость а от Т можно представить в виде выражения а === с/Р-1 Из него следует, что плазма при охлаждении весьма быстро нейтрализуется и, следовательно, дуговой разряд — это одновременно и тепловой процесс, при котором с понижением температуры заряженные частицы быстро исчезают в разрядном промежутке. [c.97] Диффузия. В результате диффузии заряженные частицы из области с более высокой концентрацией перемещаются в область с меньшей концентрацией. [c.97] Вернуться к основной статье