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  • 1 # 使用者8107727919504

    這個問題與電弧的性質有關。

    首先簡單地定性說一下:

    電弧,我們知道是氣體導電。常溫下的的氣體一般不導電,在高溫下氣體分子部分電離,使得氣體具有導電性,並形成電弧。我們很容易想到,氣體溫度越高,氣體的電離度也越高,導電效能就越好。

    注意到這裡所謂的導電效能好。我們由歐姆定律知道,電阻等於電壓除以電流,即R=U/I。電弧溫度越高,流過電弧的電流就越大,而電弧電阻就越低,電弧的電壓降也越低。

    以上簡要地回答了題主的問題。

    下面,我們來仔細地探討一番:

    先明確兩個概念:

    第一個概念:熱發射

    熱發射指的是金屬材料的溫度升高後,其表面的自由電子可能獲得足夠的動能,以超越金屬材料表面的晶格電場造成的勢壘而逸出。

    熱發射的電流密度取決於金屬材料的沸點。沸點越高,熱發射最大電流密度就越大。例如難熔金屬鎢的電流密度可達數千安每平方釐米,而易熔金屬銅和銀的電流密度不超過1安每平方釐米。

    第二個概念:場致發射

    當金屬材料的表面存在較高的電場強度時,金屬表面的勢壘厚度減小,自由電子在常溫下穿過勢壘而逸出。

    有了這兩個概念,我們就可以描述題主的問題了。

    開關電器在工作時,大部分情況下,其開斷電流和開斷電壓均大於生弧電流和生弧電壓,因此在觸頭之間不可避免的要產生電弧。

    電弧產生過程如下:當觸頭開始做分離運動時,接觸面積逐漸減少,接觸處的電流密度逐漸增大,造成此處的金屬強烈發熱。在觸頭分離瞬間,接觸處的金屬首先熔化形成液態金屬橋,然後一部分變成金屬蒸氣進入觸頭間隙。熾熱的金屬表面加劇了電子的熱發射。同時,觸頭開始分開時距離很小,觸頭間的電場強度甚高,陰極表面將產生高電場發射。這兩種發射使得大量的電子從陰極表面進入弧隙,在電場的作用下,透過電場電離使弧隙中產生更多的電子和大量的正離子。電子進入陽極與正電荷複合並放出能量加熱陽極表面,而正離子則走向陰極。

    一方面在陰極附近產生高電場轟擊陰極,另一方面從陰極取得電子進行復合併釋放能量加熱陰極,維持電子的熱發射。還有一部分電子和正離子在弧隙窒間複合,放出能量以光的形式進行輻射或增加氣體粒子的熱運動。結果,弧隙中的溫度越來越高,熱電離變成了主要的電離因素,致使氣體中帶電粒子數越來越多,氣體的電導率越來越大(等效於氣體的電阻率越來越小),電弧電壓越來越小。直到弧隙中單位時間產生的帶電粒子數和透過複合與擴散消失的帶電粒子數相等時,過程進入穩定狀態。

    這段文字告訴我們,電弧的溫度越高,電弧的電阻就越低,流過電弧的電流就越大,而電弧壓降就越低。

    我們看下圖:

    我們看圖2中的電弧伏安特性曲線Ha。我們看到,電流越大,電弧電壓就越低。電弧電壓偏差與電流偏差之比為:

    由此可見,電弧具有負電阻特性。

    圖2的Hb曲線比Ha曲線的電弧間隙更長,或者弧長更長。我們看到,雖然Hb曲線比Ha曲線更高,但它的負阻特性完全相同。

    我們看下圖:

    電弧,就是負阻特性的典型代表。

    原來,題主問題的答案是:電弧負阻特性的表現形式而已。

  • 2 # 使用者3523768274962

    電場是電弧放電的電能基本來源,在電場作用下,電子和離子得到加速和能量,因而溫度上升,得到加速的電子與中性分子撞擊,困此使分子的振盪運動加強,互撞頻繁而使氣體的溫度增高;加速的電子也與原子撞擊而使原子激發,由於受激發原子撞擊次數的增加,它們的溫度也上升。

    這個過程是在高強度、瞬間完成的,因此致使電弧具有上述極高的溫度。

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