Вольтова дуга

Вольтова дуга, дуговой разряд, явление прохождения тока между двумя электродами, помещенными в атмосфере газа или пара, сопровождающееся сильным разогреванием электродов и светом. От других форм газового разряда В. д. отличается сильным нагреванием катода и большою силою тока при малом напряжении на электродах. Дуговые разряды можно разделить на: а) разряд в вакууме (ртутные дуги); в этом случае разряд проходит через пары, образуемые катодом, и заполняет все пространство сосуда; б) разряд в атмосфере газа: ток переносится парами катода, сосредоточенными только в непосредственной близости электродов; в) дуговой разряд в самом газе, наблюдаемый при неиспаряю-щихся электродах. Типичная В. д. изображена на фигуре 1. Анод (верхний уголь) имеет углубление (т. н. к р а т е р), сильно накален (в обычных условиях до 3 500—4 000°) и быстро испаряется, тогда как катод (внизу) имеет более низкую t^a (3 100°) и испаряется вдвое медленнее, поэтому и может быть сделан меньшей толщины; иногда замечаются наросты от оседающего на нем вещества анода. Средняя часть промежутка между электродами, состоящая главн. обр. из вещества электродов, служит областью прохождения тока; наружная часть—ореол— место химич. реакций, происходящих между парами вещества электродов и атмосферой, в которой помещена вольтова дуга. Типичная ртутная дуга изображена на фигуре 2.

Фигура 8.

ΛΛΛΛ-

ΗΊ—jr ΙΨ

млму

Фигура 9.

Слева—катод, около которого конусообразное сияние, темный промежуток, собственно дуга, второй темный промежуток, поверхностное сияние, анод.

Явления, происходящие в В. д., вообще весьма сложны и хорошо разобраны только для ртутной дуги. Для возникновения ду-. ги необходимо довести катод до высокой t°, благодаря чему из него начинает, как из всякого накаленного катода, выбрасываться мощн. поток электронов, ионизующий промежуток между электродами и этим обусловливающий его проводимость. Замечено, что высокая t° катода является непременным условием образования и поддержания В. д. Эта высокая t° создается током, проходящим через электроды при их соприкосновении, и затем поддерживается ударами образован. электронным потоком ионов. Поблизости электродов скопляются по этим причинам свободные объёмные заряды, которые обусловливают большое падение потенциала у электродов, а следовательно, обратную электродвижущую силу.

Характеристика В. д., то есть зависимость напряжения между электродами от силы тока, проходящего через дугу, дана на фигуре 3; она относится к ртутной дуге, лучше изученной, но в общем верна и для всякой В. д. Отсюда видим, что для зажигания дуги нужно нек-рое минимальное напряжение, называемое напряжением зажигания. Далее, характеристика показывает, что явление распадается на две различные части: при небольших токах оно характеризуется падением напряжения с увеличением тока, при дальнейшем возрастании силы тока переходит в так называем, ш и п я-щую дугу, при которой напряжение на электродах не зависит от силы тока. Первоначальная часть явления удовлетворительно описывается ур-ием

Айртон: F= -J- + b,

где F— напряжение, I—сила тока, а и b— постоян. величины, линейно зависящие от расстояния между электродами. Отсюда видим,что при возникновении дуги, с возрастанием в ней силы тока, напряжение на электродах падает, чем вызывается дальнейшее увеличение тока; явление продолжается, по ка не будет положен предел падением напряжения на зажимах источника эдс или присоединенного к нему добавочн. сопротивления; тогда дуга начинает гореть устойчиво. Для этого необходимо, как показал Кауфман, чтобы ~~ < R (R—сопротивление всех частей цепи за исключением самой дуги). Поэтому для устойчивого горения всякой В. д. необходимо. балластное сопротивление. При фи- м ТИЛЬНЫХ угольных 70 электродах наблго- _мдаются уклонения от ф-лы Айртон. ⁵⁰При повышении да- 4о вления атмосферы, ₃₀в которой горит В. д., чрезвычайно Фигура з. возрастает температура кратера; Люммеру удавалось этим способом доводить его t° до 6 000°, причем уголь плавился. Однако для получения весьма сильных источников света исследования Люммера применения не получили. При увеличении силы тока, питающего дугу, сила света ее увеличивается, но яркость каждой единицы поверхности испускающего свет угля остается неизменной; с повышением силы тока увеличивается только светящаяся поверхность. Бек и Гельгоф достигли, однако, увеличения отдачи света с единицы поверхности до 7 раз, препятствуя разными мерами распространению светящейся поверхности с увеличением силы тока, причем t° кратера превышала 5 000°.

В. д. при переменном токе представляет весьма сложное явление; характеристика

В. д. в этом случае имеет вид, показанный на фигуре 4. Дуга зажигается в начале каждого полупериода и к концу его гаснет;

лый покров, 3—бахро-ма, 4—кратер, 5—фиолетовое пламя, 6—белое горячее пятно, 7—зеленоватый ореол, 8—блестящие крапины, 9— уголь.

Фигура 2.

характеристика при возрастании тока лежит выше, чем при его убывании, то есть напряжение зажигания выше напряжения угасания; ток идет через дугу и ранее, чем достигнуто напряжение зажигания, т. к. электроды не успевают остыть за время, протекающее -от погасания за предыдущий полу-период до нового нарастания напряжения в последующем. Как всякий проводник, имеющий падающую характеристику, В. д. может служить для генерации электрических колебаний. См. Дуговой генератор.

Лит.:×в о л ь с о н О. Д., Курс физики, т. 5, Берлин, 1923; G e h 1 h о f f G., Lehrbuch d. techn. Pliysik, B. 2, Lpz., 1926; Handbuch d. Physik, hrsg. v. Geiger H. u. Scheel К., B. 14, B., 1927. H. Андреев.