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电弧放电
点击数:994  2009-04-24 16:10:07  

    两个电极在一定电压下由气态带电粒子,如电子或离子,维持导电的现象。激发试样产生光谱。电弧放电主要发射原子谱线,是发射光谱分析常用的激发光源。通常分为直流电弧放电和交流电弧放电两种。

  气体放电中最强烈的一种自持放电。当电源提供较大功率的电能时,若极间电压不高(约几十伏),两极间气体或金属蒸气中可持续通过较强的电流(几安至几十安),并发出强烈的光辉,产生高温(几千至上万度),这就是电弧放电。电弧是一种常见的热等离子体(见等离子体应用)。

  电弧放电最显著的外观特征是明亮的弧光柱和电极斑点。电弧的重要特点是电流增大时,极间电压下降,弧柱电位梯度也低,每厘米长电弧电压降通常不过几百伏,有时在1伏以下。弧柱的电流密度很高,每平方厘米可达几千安,极斑上的电流密度更高。

  电弧放电可分为 3个区域:阴极区、弧柱和阳极区。其导电的机理是:阴极依靠场致电子发射和热电子发射效应发射电子;弧柱依靠其中粒子热运动相互碰撞产生自由电子及正离子,呈现导电性,这种电离过程称为热电离;阳极起收集电子等作用,对电弧过程影响常较小。在弧柱中,与热电离作用相反,电子与正离子会因复合而成为中性粒子或扩散到弧柱外,这一现象称为去电离。在稳定电弧放电中,电离速度与去电离速度相同,形成电离平衡。此时弧柱中的平衡状态可用萨哈公式描述。

  能量平衡是描述电弧放电现象的又一重要定律。能量的产生是电弧的焦耳热,能量的发散则通过辐射、对流和传导三种途径。改变散热条件可使电弧参数改变,并影响放电的稳定性。

  电弧通常可分为长弧和短弧两类。长弧中弧柱起重要作用。短弧长度在几毫米以下,阴极区和阳极区起主要作用。

  根据电弧所处的介质不同又分为气中电弧和真空电弧两种。液体(油或水)中的电弧实际在气泡中放电,也属于气中电弧。真空电弧实际是在稀薄的电极材料蒸气中放电。这二种电弧的特性有较大差别。

  电弧是一束高温电离气体, 在外力作用下, 如气流,外界磁场甚至电弧本身产生的磁场作用下会迅速移动(每秒可达几百米),拉长、卷曲形成十分复杂的形状。电弧在电极上的孳生点也会快速移动或跳动。

  在电力系统中,开关分断电路时会出现电弧放电。由于电弧弧柱的电位梯度小,如大气中几百安以上电弧电位梯度只有15伏/厘米左右。在大气中开关分断100千伏5安电路时,电弧长度超过7米。电流再大,电弧长度可达30米。因此要求高压开关能够迅速地在很小的封闭容器内使电弧熄灭,为此,专门设计出各种各样的灭弧室。灭弧室的基本类型有:①采用六氟化硫、真空和油等介质;②采用气吹、磁吹等方式快速从电弧中导出能量;③迅速拉长电弧等。直流电弧要比交流电弧难以熄灭。
 
  电弧放电可用于焊接、冶炼、照明、喷涂等。这些场合主要是利用电弧的高温、高能量密度、易控制等特点。在这些应用中,都需使电弧稳定放电。目前的电子产品,如等离子电视等离子显示器其显示原理也是倚赖电弧放电。

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