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    電弧

    電弧當用開關電器斷開電流時,如果電路電壓不低於10—20伏,電流不小於80~100mA,電器的觸頭間便會產生電弧.

    電弧是高溫高導電率的遊離氣體,它不僅對觸頭有很大的破壞作用,而且使斷開電路的時間延長.

    因此,在瞭解開關電器的結構和工作情況之前,首先來看看其是如何產生和熄滅的.

    電弧的形成是觸頭間中性質子(分子和原子)被遊離的過程.開關觸頭分離時,觸頭間距離很小,電場強度E很高(E = U/d).當電場強度超過3×10---6---V/m時,陰極表面的電子就會被電場力拉出而形成觸頭空間的自由電子.這種遊離方式稱為:強電場發射.

    從陰極表面發射出來的自由電子和觸頭間原有的少數電子,在電場力的作用下向陽極作加速運動,途中不斷地和中性質點相碰撞.只要電子的運動速度v足夠高,電子的動能A = mv2足夠大,就可能從中性質子中打出電子,形成自由電子和正離子.這種現象稱為碰撞遊離.新形成的自由電子也向陽極作加速運動,同樣地會與中性質點碰撞而發生遊離.碰撞遊離連續進行的結果是觸頭間充滿了電子和正離子,具有很大的電導;在外加電壓下,介質被擊穿而產生電弧,電路再次被導通.

    觸頭間電弧燃燒的間隙稱為弧隙.電弧形成後,弧隙間的高溫使陰極表面的電子獲得足夠的能量而向外發射,形成熱電場發射.同時在高溫的作用下(電弧中心部分維持的溫度可達10000℃以上),氣體中性質點的不規則熱運動速度增加.當具有足夠動能的中性質點相互碰撞時,將被遊離而形成電子和正離子,這種現象稱為熱遊離.

    隨著觸頭分開的距離增大,觸頭間的電場強度E逐漸減小,這時電弧的燃燒主要是依靠熱遊離維持的.

    在開關電器的觸頭間,發生遊離過程的同時,還發生著使帶電質點減少的去遊離過程.

    弧光放電

    arc discharge

    呈現弧狀白光併產生高溫的氣體放電現象.無論在稀薄氣體、金屬蒸氣或大氣中,當電源功率較大,能提供足夠大的電流(幾安到幾十安),使氣體擊穿,發出強烈光輝,產生高溫(幾千到上萬度),這種氣體自持放電的形式就是弧光放電.通常產生弧光放電的方法是使兩電極接觸後隨即分開,因短路發熱,使陰極表面溫度陡增,產生熱電子發射 .熱電子發射使碰撞電離及陰極的二次電子發射急劇增加,從而使兩極間的氣體具有良好的導電性.弧光放電的特徵是電壓不高,電流增大的兩極間電壓反而下降,有強烈光輝.

    還有一種弧光放電叫做冷陰極弧光放電,陰極由低熔點材料(如汞)做成.陰極表面蒸發出的蒸氣被電離,在陰極表面附近堆積成空間正電荷層,此電荷層與陰極間極為狹窄區域內形成的強電場引起場致發射,使電流劇增,產生電弧.

    弧光放電應用廣泛.可用作強光光源,在光譜分析中用作激發元素光譜的光源,在工業上用於冶煉、焊接和高熔點金屬的切割,在醫學上用作紫外線源(汞弧燈),等等.但是大電流電路開關斷開時產生的弧火極其有害,應採取滅弧措施

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