ДУГОВОЙ РАЗРЯД

Электрическая дуга- разновидность самостоятельного разряда, в котором разрядные явления сосредоточены в узком ярко светящемся плазменном шнуре. При горизонтальном расположении электродов этот шнур под действием восходящего потока нагретого разрядом газа принимает форму дуги.

Электрическая дуга впервые наблюдалась в 1802 году русским ученым В.В. Петровым. Также её называют и вольтовой дугой в честь Алессандро Вольта, изобретшего «вольтов столб» - источник тока, благодаря которому электрическая дуга стала использоваться в качестве яркого источника света. Такая дуга является разновидностью четвёртой формы состояния вещества - плазмы, которая состоит из ионизированного газа. Присутствие в плазменном шнуре дугового разряда свободных электрических зарядов обеспечивает его хорошую проводимость.

Начало широкого применения электрической дуги связано с изобретением в 1876 году П.Н. Яблочковым угольной дуговой лампы, состоящей из двух вертикально установленных угольных электродов, разделённых гипсом, названной «свечой Яблочкова». На верхнем конце свечи закреплена перемычка из тонкой проволоки или угольной пасты. При подключении свечи к источнику тока, предохранительная

проволока на конце сгорала, поджигая дугу. Дуга горела, постепенно съедая электроды и разделительный гипсовый слой.

При отключении от источника, свеча гасла, и её нельзя было запустить снова, так как никакого контакта между электродами уже не было. Необходимо было заменить свечу новой. Преимуществом конструкции было отсутствие необходимости в механизме, поддерживающем между электродами нужное для горения дуги расстояние. Электродов хватало примерно на 2 часа. Впервые свеча была продемонстрирована в качестве уличного и театрального осветителей на Всемирной выставке в Париже в 1878 году.

Дуговой разряд происходит в любом газе при давлениях порядка атмосферного и более. Температура плазмы в дуге, «горящей» в атмосферном воздухе при силе токе в несколько ампер, составляет около 5000 К, а при обдувании плазменного шнура мощным потоком газа, может достичь 50000 К.

Электрическая дуга применяется в металлургии для получения чистых и тугоплавких металлов, в современных уличных фонарях. Особенно широко она используется в электросварке металлов. Технология электросварки была изобретена в России в 1881 году Н.Н. Бенардосом. В некоторых областях техники, например, в устройствах разрыва электрических цепей, с возникающим в них дуговым разрядом приходится бороться.

Демонстрируют дуговой разряд с помощью прибора, основой которого является установленный на шасси червячный механизм перемещения электродов (рис. 51). Ток на угольные

Почтовая марка к юбилею изобретения электросварки

Рис. 50. Почтовая марка к юбилею изобретения электросварки

электроды подают от промышленно-бытовой сети переменного тока (220 В, 50 Гц) через реостат сопротивлением порядка 15-30 Ом.

Для зажигания дуги вращением рукоятки червячного механизма электроды сближают до соприкосновения. В момент

Прибор для демонстрации дугового разряда

Рис. 51. Прибор для демонстрации дугового разряда

соприкосновения электродов цепь замыкается, и по ней течет ток, вызывающий разогрев места контакта электродов и появление в этом месте ослепительно яркого бело-голубого свечения. Через пару секунд электроды разогреваются достаточно сильно, и их плавно разводят в стороны. Самостоятельный разряд обеспечивается благодаря высокой температуре плазменного шнура. Оптимальное удаление между концами электродов составляет полтора-два сантиметра. Горение плазмы сопровождается характерным гулом и шипением.

Показывать это свечение следует не дольше 5-7 секунд, поскольку в нем присутствует мощный поток ультрафиолетового излучения, неблагоприятно действующего на глаза. Поэтому после зажигания дуги демонстратору следует заслонить свои глаза ладонью. Также надо помнить, что токонесущие детали прибора оголены и потому случайные прикосновения к ним могут вызвать поражение электрическим током.

Чтобы детально рассмотреть структуру и конфигурацию плазменного шнура надо надеть на механизм привода электродов светонепроницаемый металлический кожух с боковым окном напротив рабочих концов электродов. Увеличенное и динамичное изображение дуги (рис. 52) проецируют на большой настенный экран с помощью линзы (объектива) и оборотной призмы.

Фотография дугового разряда

Рис. 52. Фотография дугового разряда

Весьма эффектна электрическая дуга в воде. Стабильный дуговой разряд в воде (в том числе и в морской воде) возможен лишь при наличии специального оборудования, обеспечивающего надежную электроизоляцию и устойчивость газового пузыря в окрестности плазмы. Последнее достигается тем, что электроды для подводной сварки имеют оболочку, которая из-за охлаждения ее водой плавится позже находящегося под ней токопроводящего стержня. В результате на конце электрода образуется своеобразный козырек, удерживающий газовый пузырь в месте сварки.

Поскольку применяемые в предыдущих опытах угольные электроды не приспособлены для работы в водной среде, то получить с их помощью стабильно горящую в воде дугу невозможно. Однако начальную ее стадию с ярким свечением воспроизвести несложно.

В электроизолированной лапке лабораторного штатива зажимают угольный электрод длиной 25-30 см, наклонив вниз его рабочий конец. Второй такой же электрод крепят аналогично в другом штативе. К верхним концам электродов крепят токонесущие провода, подключаемые через реостат сопротивлением 15-30 Ом к сети переменного тока 220 В. Рабочие концы электродов погружают в прозрачную прямоугольную кювету с водой, взятой из водопровода.

Перемещая один из штативов, касаются установленным в нем электродом конца другого электрода. В месте контакта возникает яркое свечение, прекращающееся через пару секунд. Для продолжительной же демонстрации надо постоянно слегка шевелить перемещаемый штатив, обеспечивая тем самым трение концов электродов друг о друга. В результате, благодаря шероховатости и пористости электродов, достигаются условия, необходимые для зажиганий дуги.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >