Ինչու՞ է աղեղն առաջանում, երբ կոնտակտները փակվում են: Էլեկտրական աղեղ բարձր լարման անջատիչներում

Երբ էլեկտրական միացումը բացվում է, ձևով էլեկտրական լիցքաթափում է տեղի ունենում էլեկտրական աղեղ.Որպեսզի էլեկտրական աղեղ առաջանա, բավական է, որ կոնտակտներում լարումը լինի 10 Վ-ից բարձր՝ 0,1 Ա կամ ավելի կարգի շղթայի հոսանքով: Զգալի լարումների և հոսանքների դեպքում աղեղի ներսում ջերմաստիճանը կարող է հասնել 3 - 15 հազար ° C, ինչի արդյունքում կոնտակտները և հոսանք կրող մասերը հալվում են:

110 կՎ և ավելի բարձր լարման դեպքում աղեղի երկարությունը կարող է հասնել մի քանի մետրի: Հետևաբար, էլեկտրական աղեղը, հատկապես հզոր հոսանքի սխեմաներում, 1 կՎ-ից բարձր լարման դեպքում մեծ վտանգ է ներկայացնում, չնայած լուրջ հետևանքներ կարող են առաջանալ նաև 1 կՎ-ից ցածր լարման կայանքներում: Արդյունքում, էլեկտրական աղեղը պետք է հնարավորինս սահմանափակվի և արագ մարվի 1 կՎ-ից բարձր և ցածր լարման շղթաներում:

Էլեկտրական աղեղի ձևավորման գործընթացը կարելի է պարզեցնել հետևյալ կերպ. Երբ կոնտակտները շեղվում են, շփման ճնշումը և, համապատասխանաբար, շփման մակերեսը սկզբում նվազում է, ընթացիկ խտությունը և ջերմաստիճանը բարձրանում են. սկսվում է տեղային (շփման տարածքի որոշակի հատվածներում) գերտաքացում, ինչը հետագայում նպաստում է թերմիոնային արտանետմանը ազդեցության տակ: բարձր ջերմաստիճանէլեկտրոնների շարժման արագությունը մեծանում է, և նրանք փախչում են էլեկտրոդի մակերեսից։

Այս պահին կոնտակտները շեղվում են, այսինքն, միացումն ընդհատվում է, լարումը արագ վերականգնվում է շփման բացվածքում: Քանի որ կոնտակտների միջև հեռավորությունը փոքր է, առաջանում է բարձր լարում, որի ազդեցությամբ էլեկտրոնները դուրս են մղվում էլեկտրոդի մակերեսից։ Նրանք արագանում են էլեկտրական դաշտում և, երբ հարվածում են չեզոք ատոմին, տալիս են իրենց կինետիկ էներգիան։ Եթե ​​այս էներգիան բավարար է չեզոք ատոմի թաղանթից առնվազն մեկ էլեկտրոն հեռացնելու համար, ապա տեղի է ունենում իոնացման գործընթացը։

Ստացված ազատ էլեկտրոններն ու իոնները կազմում են աղեղային տակառի պլազման, այսինքն՝ իոնացված ալիքը, որում այրվում է աղեղը և ապահովվում է մասնիկների շարունակական շարժում։ Այս դեպքում բացասական լիցքավորված մասնիկները, հիմնականում էլեկտրոնները, շարժվում են մեկ ուղղությամբ (դեպի անոդ), իսկ ատոմներն ու գազի մոլեկուլները, որոնց պակասում են մեկ կամ մի քանի էլեկտրոններ՝ դրական լիցքավորված մասնիկներ, հակառակ ուղղությամբ (դեպի կաթոդ): Պլազմայի հաղորդունակությունը մոտ է մետաղների հաղորդունակությանը։

Մեծ հոսանք է անցնում աղեղային լիսեռով և ստեղծվում է բարձր ջերմաստիճան։ Աղեղային տակառի այս ջերմաստիճանը հանգեցնում է ջերմային իոնացման. իոնների ձևավորման գործընթացը բարձր կինետիկ էներգիայով մոլեկուլների և ատոմների բախման հետևանքով դրանց շարժման բարձր արագությամբ (միջավայրի մոլեկուլները և ատոմները, որտեղ աղեղը այրվում է, տրոհվում են էլեկտրոնների և դրական լիցքավորված իոններ): Ինտենսիվ ջերմային իոնացումը պահպանում է պլազմայի բարձր հաղորդունակությունը: Հետեւաբար, աղեղի երկարության երկայնքով լարման անկումը փոքր է:

Էլեկտրական աղեղում շարունակաբար տեղի են ունենում երկու պրոցեսներ՝ բացի իոնացումից, նաև ատոմների և մոլեկուլների դեիոնացում։ Վերջինս տեղի է ունենում հիմնականում դիֆուզիայի միջոցով, այսինքն՝ լիցքավորված մասնիկների տեղափոխումը դեպի մեջ միջավայրը, և էլեկտրոնների և դրական լիցքավորված իոնների վերահամակցումը, որոնք վերամիավորվում են չեզոք մասնիկների մեջ՝ ազատելով դրանց քայքայման ժամանակ ծախսվող էներգիան։ Այս դեպքում ջերմությունը ցրվում է շրջակա միջավայր:

Այսպիսով, կարելի է առանձնացնել քննարկվող գործընթացի երեք փուլ. աղեղի բռնկում, երբ հարվածի իոնացման և կաթոդից էլեկտրոնների արտանետման պատճառով սկսվում է աղեղի արտանետում, և իոնացման ինտենսիվությունը ավելի բարձր է, քան կայուն աղեղի այրումը ջերմային իոնացում աղեղային տակառում, երբ իոնացման և դեիոնացման ինտենսիվությունը նույնն է, աղեղի մարում, երբ դեիոնացման ինտենսիվությունը ավելի բարձր է, քան իոնացումը։

Միացման ժամանակ աղեղի մարման մեթոդները էլեկտրական սարքեր

Էլեկտրական շղթայի տարրերն անջատելու և այդպիսով անջատիչ սարքի վնասումը կանխելու համար անհրաժեշտ է ոչ միայն բացել դրա կոնտակտները, այլև մարել նրանց միջև հայտնված աղեղը: Աղեղի մարման, ինչպես նաև այրման գործընթացները տարբեր են փոփոխական և ուղիղ հոսանքի դեպքում։ Սա որոշվում է նրանով, որ առաջին դեպքում աղեղի հոսանքն անցնում է զրոյից յուրաքանչյուր կիսաշրջան: Այս պահերին աղեղում էներգիայի արտազատումը դադարում է, և աղեղը ամեն անգամ ինքնաբերաբար դուրս է գալիս, այնուհետև նորից վառվում:

Գործնականում, աղեղի հոսանքը զրոյին մոտ է դառնում մի փոքր ավելի շուտ, քան զրոյի անցումը, քանի որ հոսանքի նվազումով, աղեղին մատակարարվող էներգիան նվազում է, և աղեղի ջերմաստիճանը համապատասխանաբար նվազում է, և ջերմային իոնացումը դադարում է: Այս դեպքում, deionization գործընթացը տեղի է ունենում ինտենսիվ աղեղ բացը. Եթե ​​կոնտակտները բացվեն և արագ բաժանվեն տվյալ պահին, ապա կարող է տեղի չունենալ հետագա էլեկտրական խափանում, և միացումն անջատվելու է առանց աղեղի առաջանալու: Այնուամենայնիվ, գործնականում դա չափազանց դժվար է անել, և, հետևաբար, հատուկ միջոցներ են ձեռնարկվում աղեղի մարումն արագացնելու համար, ապահովելով աղեղի տարածության սառեցումը և լիցքավորված մասնիկների քանակը նվազեցնելու համար:

Դիոնացման արդյունքում աստիճանաբար մեծանում է բացվածքի էլեկտրական ուժը և միաժամանակ մեծանում է դրա վրա վերականգնող լարումը։ Այս քանակների հարաբերակցությունը որոշում է, թե արդյոք աղեղը կվառվի հաջորդ կեսին, թե ոչ: Եթե ​​բացվածքի էլեկտրական ուժն ավելի արագ մեծանա, և վերականգնող լարումն ավելի շատ լինի, ապա աղեղն այլևս չի բռնկվի, հակառակ դեպքում կապահովվի կայուն աղեղ: Առաջին պայմանը որոշում է աղեղը մարելու խնդիրը.

Անջատիչ սարքերում նրանք օգտագործում են տարբեր ուղիներաղեղի մարում.

Աղեղի երկարացում

Երբ կոնտակտները շեղվում են էլեկտրական շղթայի անջատման գործընթացում, արդյունքում աղեղը ձգվում է: Միևնույն ժամանակ, աղեղի հովացման պայմանները բարելավվում են, քանի որ դրա մակերեսը մեծանում է, և այրման համար պահանջվում է ավելի շատ լարում:

Երկար աղեղը մի քանի կարճ կամարների բաժանելը

Եթե ​​կոնտակտների բացման ժամանակ առաջացած աղեղը բաժանվի K կարճ աղեղների, օրինակ՝ մետաղական ցանցի մեջ գծելով, ապա այն դուրս կգա։ Սովորաբար կամարը ուժով քաշվում է մետաղական ցանցի մեջ էլեկտրամագնիսական դաշտվանդակավոր հոսանքներով առաջացած ցանցային թիթեղներում: Աղեղի մարման այս մեթոդը լայնորեն կիրառվում է 1 կՎ-ից ցածր լարման միացման սարքերում, մասնավորապես՝ ավտոմատ օդային անջատիչներում:

Աղեղային սառեցում նեղ անցքերում

Փոքր ծավալով աղեղը մարելը ավելի հեշտ է։ Ուստի լայնորեն կիրառվում են երկայնական սլաքներով աղեղնախցիկները (նման բացվածքի առանցքը ուղղության մեջ համընկնում է աղեղային լիսեռի առանցքի հետ)։ Նման բացը սովորաբար ձևավորվում է մեկուսիչ աղեղակայուն նյութերից պատրաստված խցերում: Սառը մակերեսների հետ աղեղի շփման պատճառով տեղի է ունենում ինտենսիվ սառեցում, լիցքավորված մասնիկների տարածում շրջակա միջավայր և, համապատասխանաբար, արագ դեիոնացում։

Հարթ զուգահեռ պատերով բացվածքներից բացի օգտագործվում են նաև կողիկներ, ելուստներ, ընդարձակումներ (գրպաններ): Այս ամենը հանգեցնում է աղեղի տակառի դեֆորմացմանը և օգնում է մեծացնել խցիկի սառը պատերի հետ շփման տարածքը:

Աղեղի գծումը նեղ անցքերի մեջ սովորաբար տեղի է ունենում աղեղի հետ փոխազդող մագնիսական դաշտի ազդեցության տակ, որը կարելի է համարել որպես հոսանքի հաղորդիչ:

Աղեղի արտաքին շարժումը առավել հաճախ ապահովվում է կծիկով, որը միացված է այն կոնտակտների հետ, որոնց միջև տեղի է ունենում աղեղը: Նեղ անցքերում աղեղի մարումը օգտագործվում է բոլոր լարումների համար նախատեսված սարքերում:

Բարձր ճնշման աղեղի մարում

Մշտական ​​ջերմաստիճանում ճնշման աճով գազի իոնացման աստիճանը նվազում է, մինչդեռ գազի ջերմահաղորդականությունը մեծանում է։ Մնացած բոլոր բաները հավասար են, դա հանգեցնում է աղեղի սառեցման ավելացման: Աղեղը մարելը, օգտագործելով բարձր ճնշումը, որը ստեղծվել է հենց աղեղի կողմից ամուր փակ խցիկներում, լայնորեն կիրառվում է ապահովիչներում և մի շարք այլ սարքերում:

Նավթի մեջ աղեղի մարում

Եթե ​​դրանք տեղադրվում են յուղի մեջ, ապա այն բացվող աղեղը հանգեցնում է նավթի ինտենսիվ գոլորշիացման: Արդյունքում աղեղի շուրջ առաջանում է գազի պղպջակ (պատյան), որը բաղկացած է հիմնականում ջրածնից (70...80%), ինչպես նաև նավթի գոլորշիներից։ Ազատված գազերը մեծ արագությամբ ներթափանցում են ուղիղ աղեղային լիսեռի տարածք, առաջացնում պղպջակի մեջ սառը և տաք գազի խառնում, ապահովում են ինտենսիվ սառեցում և, համապատասխանաբար, աղեղի բացվածքի դեիոնացում։ Բացի այդ, գազերի դեիոնացնող ունակությունը մեծացնում է ճնշումը նավթի արագ քայքայման ժամանակ ստեղծված պղպջակի ներսում։

Նավթի մեջ աղեղի մարման գործընթացի ինտենսիվությունը ավելի մեծ է, այնքան ավելի մոտ է աղեղը շփվում նավթի հետ և այնքան ավելի արագ է շարժվում նավթը աղեղի համեմատ: Հաշվի առնելով դա՝ աղեղի խզումը սահմանափակվում է փակ մեկուսիչ սարքով. աղեղային սահանք. Այս խցերում ստեղծվում է յուղի ավելի սերտ շփում աղեղի հետ, և մեկուսիչ թիթեղների և արտանետվող անցքերի օգնությամբ ձևավորվում են աշխատանքային ալիքներ, որոնց միջով շարժվում են նավթն ու գազերը՝ ապահովելով աղեղի ինտենսիվ փչում։

Աղեղնախցիկներըստ գործողության սկզբունքի՝ դրանք բաժանվում են երեք հիմնական խմբի՝ ավտոմատ փչումով, երբ աղեղի գոտում գազի տեղաշարժի բարձր ճնշումը և արագությունը ստեղծվում են աղեղի մեջ թողարկված էներգիայի պատճառով՝ հատուկ պոմպային օգտագործմամբ նավթի հարկադիր պայթյունով։ հիդրավլիկ մեխանիզմներ, յուղի մեջ մագնիսական մարման դեպքում, երբ աղեղը գտնվում է մագնիսական դաշտի ազդեցության տակ, այն շարժվում է դեպի նեղ բացվածքներ:

Առավել արդյունավետ և պարզ աղեղների մարման խցիկներ՝ ավտոմատ փչումով. Կախված ալիքների և արտանետվող անցքերի տեղակայությունից, առանձնանում են խցիկներ, որոնցում ապահովվում է գազ-գոլորշու խառնուրդի և նավթի ինտենսիվ փչում աղեղի երկայնքով (երկայնական պայթյուն) կամ աղեղի միջով (լայնակի պայթյուն): Աղեղի մարման դիտարկված մեթոդները լայնորեն կիրառվում են 1 կՎ-ից բարձր լարման անջատիչներում:

1 կՎ-ից բարձր լարման սարքերում աղեղը մարելու այլ մեթոդներ

Բացի աղեղի մարման վերը նշված մեթոդներից, օգտագործվում են նաև հետևյալները. սեղմված օդը, որի հոսքը փչում է աղեղի երկայնքով կամ երկայնքով՝ ապահովելով դրա ինտենսիվ սառեցումը (օդի փոխարեն օգտագործվում են այլ գազեր, որոնք հաճախ ստացվում են պինդ գազ առաջացնող նյութերից՝ մանրաթելից, վինիլային պլաստմասից և այլն)՝ այրման արդյունքում դրանց քայքայման պատճառով։ ինքնին աղեղ), որն ունի ավելի բարձր էլեկտրական ուժ, քան օդը և ջրածինը, ինչի հետևանքով այս գազում այրվում է աղեղ, նույնիսկ մթնոլորտային ճնշումԱյն մարվում է բավականին արագ, խիստ հազվադեպ գազ (վակուում), երբ կոնտակտները բացվում են, աղեղը նորից չի վառվում (հեռանում է) հոսանքի առաջին զրոյական անցումից հետո։

) բարձր հոսանքով, ցածր լարմամբ, բարձր ջերմաստիճանով։ Այս երևույթը և՛ էլեկտրական է, և՛ ջերմային:

Կարող է առաջանալ երկու կոնտակտների միջև, երբ դրանք բացվեն:

Դիտարկենք ընթացիկ-լարման դիագրամը.

Այս գծապատկերում մենք ունենք հոսանքի կախվածությունը լարումից, մի փոքր ոչ թե մասշտաբային, բայց դա ավելի պարզ է: Այսպիսով, կան երեք ոլորտներ.

• առաջին շրջանում մենք ունենք կաթոդի բարձր լարման անկում և ցածր հոսանքներ. սա փայլի արտանետման շրջանն է
• երկրորդ շրջանում լարման անկումը կտրուկ նվազում է, իսկ հոսանքը շարունակում է աճել. սա անցումային շրջանն է փայլի և աղեղի լիցքաթափման միջև:
• երրորդ շրջանը բնութագրում է աղեղի արտանետումը` ցածր լարման անկում և հոսանքի բարձր խտություն և հետևաբար բարձր ջերմաստիճան:

Աղեղի առաջացման մեխանիզմը կարող է լինել հետևյալը՝ կոնտակտները բացվում են և դրանց միջև տեղի է ունենում արտանետում։ Բացման գործընթացում կոնտակտների միջև օդը իոնացվում է՝ ձեռք բերելով հաղորդիչի հատկություններ, այնուհետև առաջանում է աղեղ։ Աղեղի բռնկումը օդային բացվածքի իոնացման գործընթացն է, աղեղի մարումը օդային բացվածքի դեիոնացման երեւույթն է։

Իոնացման և դեիոնացման երևույթներ

Աղեղի սկզբում գերակշռում են իոնացման պրոցեսները, երբ աղեղը կայուն է, իոնացման և դեիոնացման գործընթացները տեղի են ունենում նույնքան հաճախ, հենց որ իոնացման գործընթացները սկսում են գերակշռել, աղեղը դուրս է գալիս.

իոնացում:

• ջերմային արտանետում- էլեկտրոնները բաժանված են կաթոդի կետի տաք մակերևույթից.
• ավտոմատ էլեկտրոնային արտանետումներ- էլեկտրոնները փախչում են մակերեսից բարձր էլեկտրական դաշտի ուժի պատճառով:
• հրում իոնացում- էլեկտրոնը դուրս է թռչում բավարար արագությամբ և ճանապարհին բախվում է չեզոք մասնիկի հետ, որի արդյունքում առաջանում է էլեկտրոն և իոն:
• ջերմային իոնացում- իոնացման հիմնական տեսակը, պահպանում է աղեղը դրա բռնկումից հետո: Աղեղի ջերմաստիճանը կարող է հասնել հազարավոր Կելվինների, և նման միջավայրում մեծանում է մասնիկների թիվը և դրանց արագությունը, ինչը նպաստում է. ակտիվ գործընթացներիոնացում.

deionization:

• ռեկոմբինացիա- փոխազդեցության ժամանակ հակառակ լիցքավորված մասնիկներից չեզոք մասնիկների առաջացում
• դիֆուզիոն- դրական լիցքավորված մասնիկները ուղարկվում են «արտերկիր»՝ աղեղի էլեկտրական դաշտի գործողության շնորհիվ միջինից մինչև սահման։

Լինում են իրավիճակներ, երբ կոնտակտները բացվելիս աղեղը չի վառվում, հետո խոսում են ոչ կայծային ընդմիջման մասին։ Դա հնարավոր է ցածր հոսանքի և լարման արժեքների դեպքում կամ անջատելիս այն պահին, երբ ընթացիկ արժեքը անցնում է զրոյով:

DC Arc հատկությունները

Աղեղը կարող է առաջանալ ինչպես մշտական ​​հոսանք-լարման, այնպես էլ փոփոխական հոսանքի դեպքում: Սկսենք հաստատունից.

Անոդիկ և կաթոդիկ տարածքներ- չափը=10 -4 սմ; ընդհանուր լարման անկում=15-30Վ; լարվածություն=10 5 -10 6 Վ/սմ; Կաթոդի շրջանում հարվածային իոնացման գործընթացը տեղի է ունենում բարձր լարման պատճառով, իոնացման արդյունքում առաջացած էլեկտրոնները և իոնները կազմում են աղեղային պլազմա, որն ունի բարձր հաղորդունակություն, այս շրջանը պատասխանատու է աղեղի բռնկման համար։

Arc բարել- լարման անկումը համաչափ է աղեղի երկարությանը. Ընթացքի խտությունը կազմում է մոտ 10 կԱ սմ 2-ի վրա, ինչի շնորհիվ ջերմաստիճանը կազմում է մոտ 6000 Կ և ավելի բարձր։ Ջերմային իոնացման գործընթացները տեղի են ունենում աղեղի այս հատվածում, որը պատասխանատու է այրման պահպանման համար:

DC աղեղային արտանետման I-V բնութագրերը

Այս կորը համապատասխանում է ամենավերին նկարի 3 կորին: Առկա է.

• Uз - բռնկման լարում
• Ug - մարող լարման

Եթե ​​հոսանքը Io-ից անմիջապես իջեցվի 0-ի, դուք կստանաք ուղիղ գիծ, ​​որը գտնվում է ներքևում: Այս կորերը բնութագրում են աղեղի բացը որպես հաղորդիչ և ցույց են տալիս, թե ինչ լարում է պետք կիրառել բացվածքում աղեղ ստեղծելու համար:

DC աղեղը մարելու համար անհրաժեշտ է, որ դեիոնացման գործընթացները գերակայեն իոնացման գործընթացներին:

Arc Դիմադրություն:

• կարելի է որոշել աղեղային հոսանք-լարման բնութագրիչից
• ակտիվ, անկախ հոսանքի տեսակից
• փոփոխական քանակություն
• նվազում է աճող հոսանքի հետ

Եթե ​​դուք կոտրում եք ամպաչափի սխեման ծանրաբեռնվածության տակ, կարող եք նաև տեսնել աղեղ:

AC Arc հատկությունները

Փոփոխական հոսանքի աղեղի առանձնահատկությունը ժամանակի ընթացքում նրա վարքն է: Եթե ​​նայեք ստորև բերված գրաֆիկին, ապա կարող եք տեսնել, որ աղեղն անցնում է զրոյի միջով ամեն կես ցիկլով:

Երևում է, որ հոսանքը մոտ 90 աստիճանով հետ է մնում լարումից։ Նախ, հոսանք է հայտնվում, և լարումը կտրուկ բարձրանում է մինչև բռնկման արժեքը (Uz): Հետագայում հոսանքը շարունակում է աճել, իսկ լարման անկումը նվազում է: Առավելագույն ամպլիտուդային ընթացիկ արժեքի կետում աղեղի լարման արժեքը նվազագույն է: Հաջորդը, հոսանքը հակված է զրոյի, և լարման անկումը կրկին ավելանում է մինչև մարման արժեքը (Ug), որը համապատասխանում է այն պահին, երբ հոսանքն անցնում է զրոյի միջով: Հետո ամեն ինչ նորից կրկնվում է։ Ժամանակի բնութագրիչից ձախ կողմում է հոսանք-լարման բնութագիրը:

Փոփոխական աղեղի առանձնահատկությունը, ի լրումն կես ցիկլի ընթացքում դրա բռնկման և մարման, հոսանքի զրոյի հատման եղանակն է: Դա տեղի է ունենում ոչ թե սինուսոիդի տեսքով, այլ ավելի կտրուկ: Ձևավորվում է ոչ ընթացիկ դադար, որի ընթացքում տեղի են ունենում ծանոթ դեիոնացման գործընթացները։ Այսինքն՝ աղեղի բացվածքի դիմադրությունը մեծանում է։ Եվ որքան դիմադրությունը մեծանա, այնքան ավելի դժվար կլինի աղեղի նորից բռնկվելը։

Եթե ​​աղեղը թույլատրվում է բավական երկար այրել, ապա ոչ միայն կոնտակտները ենթակա են ոչնչացման, այլև հենց էլեկտրական սարքավորումները: Նախագծման փուլում դրված են աղեղների մարման պայմանները, որոնք մշտապես ներդրվում են անջատիչ սարքերում այս վնասակար երևույթի դեմ պայքարի նոր մեթոդներով:

Աղեղի երևույթն ինքնին օգտակար չէ էլեկտրական սարքավորումների համար, քանի որ այն հանգեցնում է կոնտակտների կատարողական հատկությունների վատթարացմանը՝ այրում, կոռոզիա, մեխանիկական վնաս:

Բայց ամեն ինչ այդքան տխուր չէ, քանի որ պայծառ մտքերը գտել են օգտակար հավելվածաղեղային արտանետում - օգտագործվում է աղեղային եռակցման, մետաղագործության, լուսավորության տեխնոլոգիայի, սնդիկի ուղղիչներում:

Վերջին հոդվածները

Ամենահայտնի

• Էլեկտրական աղեղը (վոլտային աղեղ, աղեղային արտանետում) ֆիզիկական երևույթ է, գազում էլեկտրական լիցքաթափման տեսակներից մեկը։

  Այն առաջին անգամ նկարագրվել է 1802 թվականին ռուս գիտնական Վ. Պետրովի կողմից «Գալվանական-Վոլտայի փորձերի նորություններ հսկայական մարտկոցի օգտագործմամբ, երբեմն բաղկացած 4200 պղնձի և ցինկի շրջանակներից» գրքում (Սանկտ Պետերբուրգ, 1803): Էլեկտրական աղեղը նյութի չորրորդ ձևի` պլազմայի հատուկ դեպքն է և բաղկացած է իոնացված, էլեկտրականորեն քվազի-չեզոք գազից: Անվճար ներկայություն էլեկտրական լիցքերապահովում է էլեկտրական աղեղի հաղորդունակությունը.

  Մթնոլորտային ճնշման տակ օդում երկու էլեկտրոդների միջև էլեկտրական աղեղ է ձևավորվում հետևյալ կերպ.

  Երբ երկու էլեկտրոդների միջև լարումը մեծանում է մինչև որոշակի մակարդակ, էլեկտրոդների միջև օդում տեղի է ունենում էլեկտրական խզում: Էլեկտրական խզման լարումը կախված է էլեկտրոդների և այլ գործոնների միջև եղած հեռավորությունից: Մետաղների ատոմների առաջին էլեկտրոնի իոնացման ներուժը մոտավորապես 4,5 - 5 Վ է, իսկ աղեղային լարումը երկու անգամ ավելի բարձր է (9 - 10 Վ): Անհրաժեշտ է էներգիա ծախսել մեկ էլեկտրոդի մետաղի ատոմից էլեկտրոն ազատելու և երկրորդ էլեկտրոդի ատոմը իոնացնելու համար։ Գործընթացը հանգեցնում է էլեկտրոդների միջև պլազմայի ձևավորման և աղեղի այրման (համեմատության համար. կայծի արտանետման ձևավորման նվազագույն լարումը մի փոքր ավելի բարձր է, քան էլեկտրոնի ելքային պոտենցիալը՝ մինչև 6 Վ):

  Գոյություն ունեցող լարման ժամանակ խափանում սկսելու համար էլեկտրոդները մոտեցնում են միմյանց: Խափանման ժամանակ էլեկտրոդների միջև սովորաբար տեղի է ունենում կայծային արտանետում, որը փակում է իմպուլսը էլեկտրական միացում.

  Կայծային արտանետումների էլեկտրոնները իոնացնում են մոլեկուլները էլեկտրոդների միջև եղած օդային բացվածքում: Օդային բացվածքում լարման աղբյուրի բավարար հզորությամբ ձևավորվում է բավարար քանակությամբ պլազմա՝ քայքայման լարման կամ օդային բացվածքի դիմադրության զգալի անկման համար։ Այս դեպքում կայծային արտանետումները վերածվում են աղեղի արտանետման՝ էլեկտրոդների միջև պլազմային լար, որը իրենից ներկայացնում է պլազմային թունել։ Ստացված աղեղը, ըստ էության, հաղորդիչ է և փակում է էլեկտրոդների միջև էլեկտրական միացումը: Արդյունքում միջին հոսանքն էլ ավելի է մեծանում՝ աղեղը տաքացնելով մինչև 5000-50000 Կ։ Այս դեպքում համարվում է, որ աղեղի բռնկումն ավարտված է։ Բոցավառումից հետո աղեղի կայուն այրումն ապահովվում է կաթոդից ջերմային արտանետմամբ, որը տաքացվում է հոսանքի և իոնային ռմբակոծման միջոցով:

  Էլեկտրոդների փոխազդեցությունը աղեղային պլազմայի հետ հանգեցնում է դրանց տաքացման, մասնակի հալման, գոլորշիացման, օքսիդացման և կոռոզիայի այլ տեսակների։

  Բոցավառումից հետո աղեղը կարող է կայուն մնալ, երբ էլեկտրական կոնտակտները առանձնացված են որոշակի հեռավորության վրա:

  Բարձր լարման էլեկտրական կայանքները շահագործելիս, որոնցում էլեկտրական աղեղի տեսքն անխուսափելի է, դրա դեմ պայքարում են էլեկտրամագնիսական պարույրներ՝ զուգակցված աղեղների մարման խցիկներով: Ի թիվս այլ մեթոդների, հայտնի է վակուումային, օդային, SF6 և նավթային անջատիչների օգտագործումը, ինչպես նաև հոսանքի շեղման մեթոդները ժամանակավոր բեռի վրա, որն ինքնուրույն խախտում է էլեկտրական միացումը:

Էլեկտրական աղեղը լիցքաթափման տեսակ է, որը բնութագրվում է բարձր խտությունընթացիկ, բարձր ջերմաստիճան, արյան բարձր ճնշումգազ և լարման փոքր անկում աղեղի բացվածքի վրա: Այս դեպքում տեղի է ունենում էլեկտրոդների (շփումների) ինտենսիվ տաքացում, որոնց վրա առաջանում են այսպես կոչված կաթոդային և անոդային բծեր։ Կաթոդի փայլը կենտրոնացած է մի փոքրիկ լուսավոր կետում, հակառակ էլեկտրոդի տաք մասը կազմում է անոդային կետ։

Շքամուտքում կարելի է նշել երեք շրջան, որոնք շատ տարբեր են դրանցում տեղի ունեցող գործընթացների բնույթով։ Աղեղի բացասական էլեկտրոդի (կաթոդի) անմիջական հարևանությամբ գտնվում է կաթոդի լարման անկման տարածքը: Հաջորդը գալիս է պլազմային աղեղային տակառը: Դրական էլեկտրոդին (անոդին) անմիջապես կից գտնվում է անոդի լարման անկման շրջանը: Այս տարածքները սխեմատիկորեն ներկայացված են Նկ. 1.

Բրինձ. 1. Էլեկտրական աղեղի կառուցվածքը

Նկարում կաթոդի և անոդի լարման անկման շրջանների չափերը խիստ չափազանցված են: Իրականում դրանց երկարությունը շատ փոքր է, օրինակ, կաթոդի լարման անկման երկարությունը ուղու կարգի է ազատ տեղաշարժէլեկտրոն (1 մ-ից պակաս): Անոդի լարման անկման շրջանի երկարությունը սովորաբար փոքր-ինչ ավելի մեծ է, քան այս արժեքը:

IN նորմալ պայմաններօդը լավ մեկուսիչ է: Այսպիսով, 1 սմ օդային բացը քայքայելու համար անհրաժեշտ լարումը 30 կՎ է:Որպեսզի օդային բացը դառնա հաղորդիչ, անհրաժեշտ է դրա մեջ ստեղծել լիցքավորված մասնիկների (էլեկտրոններ և իոններ) որոշակի կոնցենտրացիա։

Ինչպե՞ս է առաջանում էլեկտրական աղեղը:

Էլեկտրական աղեղը, որը լիցքավորված մասնիկների հոսք է, շփման շեղման սկզբնական պահին առաջանում է աղեղի բացվածքի գազի ազատ էլեկտրոնների և կաթոդի մակերեսից արտանետվող էլեկտրոնների առկայության հետևանքով։ Ազատ էլեկտրոնները, որոնք տեղակայված են կոնտակտների միջև ընկած բացվածքում, մեծ արագությամբ շարժվում են էլեկտրական դաշտի ուժերի ազդեցության տակ կաթոդից դեպի անոդ ուղղությամբ:

Դաշտի ուժգնությունը շփման շեղման սկզբում կարող է հասնել մի քանի հազար կիլովոլտ մեկ սանտիմետրի համար: Այս դաշտի ուժերի ազդեցությամբ էլեկտրոնները դուրս են մղվում կաթոդի մակերևույթից և շարժվում դեպի անոդ՝ դրանից դուրս հանելով էլեկտրոնները, որոնք կազմում են էլեկտրոնային ամպ։ Այս ձևով ստեղծված էլեկտրոնների սկզբնական հոսքը հետագայում ձևավորում է աղեղի բացվածքի ինտենսիվ իոնացում:

Իոնացման գործընթացների հետ մեկտեղ աղեղում զուգահեռ և շարունակաբար տեղի են ունենում դեիոնացման պրոցեսներ։ Դիոնացման գործընթացները բաղկացած են նրանից, որ երբ տարբեր նշանների երկու իոններ կամ դրական իոն և էլեկտրոն միավորվում են, դրանք ձգվում են և, բախվելով, չեզոքացվում են, բացի այդ, լիցքավորված մասնիկները շարժվում են ավելի բարձր այրման տարածքից լիցքերի կոնցենտրացիան շրջակա միջավայրին՝ լիցքերի ավելի ցածր կոնցենտրացիայով: Այս բոլոր գործոնները հանգեցնում են աղեղի ջերմաստիճանի նվազմանը, դրա սառեցմանը և մարմանը:

Բրինձ. 2. Էլեկտրական աղեղ

Բոցավառումից հետո աղեղ

Կայուն այրման ռեժիմում դրանում իոնացման և դեիոնացման գործընթացները գտնվում են հավասարակշռության մեջ։ Հավասար թվով ազատ դրական և բացասական լիցքերով աղեղային տակառը բնութագրվում է գազի իոնացման բարձր աստիճանով։

Նյութ, որի իոնացման աստիճանը մոտ է միասնությանը, այսինքն. որի մեջ չկան չեզոք ատոմներ և մոլեկուլներ կոչվում է պլազմա:

Էլեկտրական աղեղը բնութագրվում է հետևյալ հատկանիշներով.

1. Հստակ սահմանված սահմանը աղեղի լիսեռի և շրջակա միջավայրի միջև:

2. Բարձր ջերմաստիճան աղեղային տակառի ներսում՝ հասնելով 6000 - 25000K:

3. Բարձր խտությունընթացիկ և աղեղային բարել (100 - 1000 Ա/մմ 2):

4. Անոդի և կաթոդի լարման անկման փոքր արժեքները և գործնականում կախված չեն հոսանքից (10-20 Վ):

Էլեկտրական աղեղի հոսանք-լարման բնութագրերը

DC աղեղի հիմնական բնութագիրը աղեղի լարման կախվածությունն է հոսանքից, որը կոչվում է. ընթացիկ-լարման բնութագրիչ (VAC):

Կոնտակտների միջև աղեղ է առաջանում որոշակի լարման դեպքում (նկ. 3), որը կոչվում է բռնկման լարում Uз և կախված կոնտակտների միջև եղած հեռավորությունից, միջավայրի ջերմաստիճանից և ճնշումից և կոնտակտների շեղման արագությունից: Աղեղի մարման Ug լարումը միշտ փոքր է Uz լարումից:

Բրինձ. 3. Վոլտ-ամպերի բնութագրիչը հաստատուն աղեղի (a) և դրա համարժեք շղթայի (b) համար.

Կորը 1-ը ներկայացնում է աղեղի ստատիկ բնութագիրը, այսինքն. ստացվում է հոսանքի դանդաղ փոփոխությամբ: Բնութագիրն ունի ընկնող բնույթ։ Հոսանքի մեծացման հետ աղեղի լարումը նվազում է: Սա նշանակում է, որ աղեղի բացվածքի դիմադրությունն ավելի արագ է նվազում, քանի որ հոսանքը մեծանում է:

Եթե ​​այս կամ այն ​​արագությամբ աղեղի հոսանքը I1-ից իջեցվի զրոյի և միաժամանակ գրանցվի աղեղի վրա լարման անկումը, ապա կստացվեն 2-րդ և 3-րդ կորերը դինամիկ բնութագրեր.

Որքան արագ է հոսանքը կրճատվում, այնքան ցածր կլինեն դինամիկ ընթացիկ-լարման բնութագրերը: Սա բացատրվում է նրանով, որ երբ հոսանքը նվազում է, աղեղի պարամետրերը, ինչպիսիք են տակառի խաչմերուկը և ջերմաստիճանը, ժամանակ չունեն արագ փոխվելու և կայուն վիճակում ավելի ցածր ընթացիկ արժեքին համապատասխանող արժեքներ ձեռք բերելու համար:

Լարման անկումը աղեղի բացվածքի վրա.

Ud = U з + EdId,

Որտեղ U z = U k + U a - մոտ էլեկտրոդի լարման անկում, Ed - երկայնական լարման գրադիենտ աղեղում, Id - աղեղի երկարություն:

Բանաձևից հետևում է, որ աղեղի երկարության մեծացման հետ մեկտեղ աղեղի վրա լարման անկումը կավելանա, և ընթացիկ-լարման բնութագիրը ավելի բարձր կլինի:

Էլեկտրական աղեղները հաշվի են առնվում էլեկտրական անջատիչ սարքերի նախագծման ժամանակ: Էլեկտրական աղեղի հատկությունները օգտագործվում են և ներսում:

Միացման անջատում կոնտակտային սարքբնութագրվում է պլազմայի տեսքով, որն անցնում է գազի արտանետման տարբեր փուլեր հաղորդիչից փոխշփման բացը փոխակերպելու գործընթացում էլեկտրական հոսանքդեպի մեկուսարան։

0,5-1 Ա-ից բարձր հոսանքների դեպքում տեղի է ունենում աղեղի արտանետման փուլ (տարածք 1 )(նկ. 1.); երբ հոսանքը նվազում է, կաթոդում տեղի է ունենում փայլի արտանետման փուլ (տարածաշրջան 2 ); հաջորդ փուլ (տարածք 3 ) – Թաունսենդի արտահոսք, և վերջապես՝ տարածաշրջան 4 – մեկուսացման փուլը, որի դեպքում էլեկտրաէներգիայի կրիչները՝ էլեկտրոնները և իոնները, չեն ձևավորվում իոնացման պատճառով, այլ կարող են առաջանալ միայն շրջակա միջավայրից:

Բրինձ. 1. Գազերում էլեկտրական լիցքաթափման փուլերի հոսանք-լարման բնութագրերը

Կորի առաջին հատվածը աղեղային արտանետում է (տարածք 1) - բնութագրվում է էլեկտրոդների վրա ցածր լարման անկմամբ և հոսանքի բարձր խտությամբ: Քանի որ հոսանքը մեծանում է, աղեղի բացվածքի վրա լարումը սկզբում կտրուկ իջնում ​​է, այնուհետև մի փոքր փոխվում է:

Երկրորդ բաժին (տարածաշրջան 2 ) կորը, որը ներկայացնում է փայլի արտանետման տարածքը, բնութագրվում է բարձր անկումլարումը կաթոդում (250 - 300 Վ) և ցածր հոսանքներ: Ընթացքի մեծացման հետ մեկտեղ կավելանա լարման անկումը լիցքաթափման բացվածքի վրա:

Թաունսենդի արտահոսք (տարածաշրջան 3 ) բնութագրվում է չափազանց ցածր հոսանքի արժեքներով բարձր լարման ժամանակ:

Էլեկտրական աղեղուղեկցվում է բարձր ջերմաստիճանով և կապված այս ջերմաստիճանի հետ: Հետեւաբար, աղեղը ոչ միայն էլեկտրական երեւույթ է, այլեւ ջերմային:

Նորմալ պայմաններում օդը լավ մեկուսիչ է: Այսպիսով, 1 սմ օդային բացը քանդելու համար պետք է կիրառվի առնվազն 30 կՎ լարում: Որպեսզի օդային բացը դառնա հաղորդիչ, անհրաժեշտ է դրանում ստեղծել լիցքավորված մասնիկների որոշակի կոնցենտրացիա՝ բացասական՝ հիմնականում ազատ էլեկտրոններ, իսկ դրական՝ իոններ։ Չեզոք մասնիկից մեկ կամ մի քանի էլեկտրոնների բաժանման գործընթացը ազատ էլեկտրոններ և իոններ ձևավորելու համար կոչվում է իոնացում.

Գազի իոնացումկարող է առաջանալ լույսի, ռենտգենյան ճառագայթների, բարձր ջերմաստիճանի, էլեկտրական դաշտի և մի շարք այլ գործոնների ազդեցության տակ։ Էլեկտրական սարքերում աղեղային պրոցեսների համար ամենաբարձր արժեքըունեն՝ էլեկտրոդներում տեղի ունեցող պրոցեսներից՝ թերմիոնային և դաշտային արտանետում, իսկ աղեղի բացվածքում տեղի ունեցող գործընթացներից՝ ջերմային իոնացում և հրումային իոնացում։

Էլեկտրական անջատիչ սարքերում, որոնք նախատեսված են հոսանքով շղթան փակելու և բացելու համար, երբ անջատված է, գազի մեջ արտանետում է տեղի ունենում կամ փայլի արտանետման կամ աղեղի տեսքով: Պայծառ լիցքաթափում է տեղի ունենում, երբ միացված հոսանքը 0,1 Ա-ից ցածր է, իսկ կոնտակտներում լարումը հասնում է 250-300 Վ-ի: Նման լիցքաթափումը տեղի է ունենում կամ ցածր էներգիայի ռելեների կոնտակտների վրա, կամ որպես անցումային փուլ դեպի լիցքաթափում: էլեկտրական աղեղից։

Աղեղի արտանետման հիմնական հատկությունները.

1) աղեղի արտանետումը տեղի է ունենում միայն բարձր հոսանքների ժամանակ. մետաղների համար աղեղի նվազագույն հոսանքը մոտավորապես 0,5 Ա է;

2) աղեղի կենտրոնական մասի ջերմաստիճանը շատ բարձր է և սարքերում կարող է հասնել 6000 - 18000 Կ;

3) կաթոդում հոսանքի խտությունը չափազանց բարձր է և հասնում է 10 2 – 10 3 Ա/մմ 2;

4) Կաթոդում լարման անկումը ընդամենը 10 - 20 Վ է և գործնականում անկախ հոսանքից:

Աղեղային արտանետման ժամանակ կարելի է առանձնացնել երեք բնորոշ շրջաններ՝ կաթոդի մոտ, աղեղային սյունակի շրջանը (աղեղային լիսեռ) և անոդի մոտ (նկ. 2.):

Այս ոլորտներից յուրաքանչյուրում իոնացման և դեիոնացման գործընթացները տարբեր կերպ են ընթանում՝ կախված այնտեղ առկա պայմաններից: Քանի որ այս երեք շրջաններով անցնող արդյունքում ստացվող հոսանքը նույնն է, դրանցից յուրաքանչյուրում տեղի են ունենում գործընթացներ, որոնք ապահովում են առաջացումը. պահանջվող քանակմեղադրանքները.

Բրինձ. 2. Լարման և էլեկտրական դաշտի ուժի բաշխումը անշարժ DC աղեղում

Թերմիոնային արտանետում.Թերմիոնային արտանետումը տաքացած մակերեսից էլեկտրոնների արտանետման երեւույթն է։

Երբ կոնտակտները շեղվում են, շփման դիմադրությունը և ընթացիկ խտությունը վերջին շփման տարածքում կտրուկ աճում են: Այս տարածքը ջեռուցվում է մինչև հալման ջերմաստիճանը և ձևավորվում է հալած մետաղի կոնտակտային եզերք, որը խախտում է շփումների հետագա տարաձայնությունները: Այստեղ է, որ կոնտակտային մետաղը գոլորշիանում է: Բացասական էլեկտրոդի վրա ձևավորվում է այսպես կոչված կաթոդային կետ (տաք տարածք), որը շփումների շեղման առաջին պահին ծառայում է որպես աղեղի հիմք և էլեկտրոնային ճառագայթման աղբյուր։ Թերմիոնային արտանետման հոսանքի խտությունը կախված է ջերմաստիճանից և էլեկտրոդի նյութից: Այն փոքր է և կարող է բավարար լինել էլեկտրական աղեղ ստեղծելու համար, բայց բավարար չէ այն այրելու համար:

Ավտոէլեկտրոնային արտանետումներ.Սա ուժեղ էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ կաթոդից արտանետվող էլեկտրոնների երեւույթն է։

Էլեկտրական շղթայի ընդմիջման կետը կարող է ներկայացվել որպես փոփոխական կոնդենսատոր: Հզորությունը սկզբնական պահին հավասար է անսահմանության, այնուհետև նվազում է, քանի որ կոնտակտները տարբերվում են: Շղթայի դիմադրության միջոցով այս կոնդենսատորը լիցքավորվում է, և դրա վրա լարումը աստիճանաբար աճում է զրոյից մինչև ցանցի լարումը: Միեւնույն ժամանակ, շփումների միջեւ հեռավորությունը մեծանում է: Լարման բարձրացման ժամանակ կոնտակտների միջև դաշտի ուժգնությունը անցնում է 100 ՄՎ/սմ գերազանցող արժեքներով: Նման էլեկտրական դաշտի ուժգնությունը բավարար է սառը կաթոդից էլեկտրոնները հանելու համար:

Դաշտային արտանետման հոսանքը նույնպես շատ փոքր է և կարող է ծառայել միայն որպես աղեղի արտանետման զարգացման սկիզբ:

Այսպիսով, շեղվող կոնտակտներում աղեղի արտանետման առաջացումը բացատրվում է թերմիոնային և դաշտային էլեկտրոնների արտանետումների առկայությամբ: Այս կամ այն ​​գործոնի գերակշռությունը կախված է անջատված հոսանքի արժեքից, կոնտակտների մակերեսի նյութից և մաքրությունից, դրանց շեղման արագությունից և մի շարք այլ գործոններից:

Իոնացում հրումով:Եթե ​​ազատ էլեկտրոնն ունի բավարար արագություն, ապա երբ այն բախվում է չեզոք մասնիկի (ատոմի, իսկ երբեմն էլ՝ մոլեկուլի) հետ, այն կարող է նրանից էլեկտրոն հեռացնել։ Արդյունքը կլինի նոր ազատ էլեկտրոն և դրական իոն: Նոր ձեռք բերված էլեկտրոնն իր հերթին կարող է իոնացնել հաջորդ մասնիկը։ Այս իոնացումը կոչվում է հրում իոնացում:

Որպեսզի էլեկտրոնը իոնացնի գազի մասնիկը, այն պետք է շարժվի որոշակի արագությամբ։ Էլեկտրոնի արագությունը կախված է նրա ազատ ճանապարհի պոտենցիալ տարբերությունից: Հետեւաբար, սովորաբար նշվում է ոչ թե էլեկտրոնի շարժման արագությունը, այլ նվազագույն արժեքըպոտենցիալ տարբերությունը, որը պետք է առկա լինի ազատ ճանապարհի երկարությամբ, որպեսզի էլեկտրոնը ձեռք բերի անհրաժեշտ արագությունը ճանապարհի վերջում: Այս պոտենցիալ տարբերությունը կոչվում է իոնացման ներուժ.

Գազերի իոնացման պոտենցիալը 13 – 16 Վ է (ազոտ, թթվածին, ջրածին) և մինչև 24,5 Վ (հելիում, մետաղական գոլորշիների համար) մոտ երկու անգամ ցածր է (7,7 Վ պղնձի գոլորշիների համար):

Ջերմային իոնացում.Սա իոնացման գործընթաց է բարձր ջերմաստիճանի ազդեցության տակ։ Պահպանելով աղեղը այն առաջանալուց հետո, այսինքն. Ստացված աղեղի արտանետումը բավարար քանակությամբ անվճար լիցքերով ապահովելը բացատրվում է իոնացման հիմնական և գործնականում միակ տեսակով՝ ջերմային իոնացումով։

Աղեղի սյունակի ջերմաստիճանը միջինում 6000 - 10000 Կ է, բայց կարող է հասնել ավելի շատ բարձր արժեքներ– մինչև 18000 Կ. Այս ջերմաստիճանում և՛ արագ շարժվող գազի մասնիկների քանակը, և՛ դրանց շարժման արագությունը մեծապես մեծանում է: Երբ արագ շարժվող ատոմները կամ մոլեկուլները բախվում են, դրանց մեծ մասը ոչնչացվում է՝ առաջացնելով լիցքավորված մասնիկներ, այսինքն. տեղի է ունենում գազի իոնացում: Ջերմային իոնացման հիմնական հատկանիշն է իոնացման աստիճանը, որը աղեղի բացվածքում իոնացված ատոմների թվի հարաբերակցությունն է ընդհանուր թիվըատոմները այս բացվածքում: Աղեղում իոնացման գործընթացներին զուգահեռ տեղի են ունենում հակադարձ գործընթացներ, այսինքն՝ լիցքավորված մասնիկների վերամիավորում և չեզոք մասնիկների ձևավորում։ Այս գործընթացները կոչվում են deionization.

Deionization տեղի է ունենում հիմնականում պայմանավորված է ռեկոմբինացիաԵվ դիֆուզիոն.

Ռեկոմբինացիա.Այն գործընթացը, երբ տարբեր լիցքավորված մասնիկները փոխադարձ շփման մեջ են մտնում չեզոք մասնիկներ առաջացնելու համար, կոչվում է վերահամակցում:

Էլեկտրական աղեղում բացասական մասնիկները հիմնականում էլեկտրոններ են։ Էլեկտրոնների անմիջական կապը դրական իոնի հետ քիչ հավանական է արագության մեծ տարբերության պատճառով։ Սովորաբար, վերահամակցումը տեղի է ունենում չեզոք մասնիկի օգնությամբ, որը լիցքավորված է էլեկտրոնի միջոցով: Երբ այս բացասական լիցքավորված մասնիկը բախվում է դրական իոնի հետ, ձևավորվում է մեկ կամ երկու չեզոք մասնիկ։

Դիֆուզիոն.Լիցքավորված մասնիկների դիֆուզիան աղեղի բացվածքից լիցքավորված մասնիկների հեռացման գործընթաց է շրջակա տարածություն, ինչը նվազեցնում է աղեղի հաղորդունակությունը:

Դիֆուզիան առաջանում է ինչպես էլեկտրական, այնպես էլ ջերմային գործոններով: Լիցքավորման խտությունը աղեղային սյունակում մեծանում է ծայրամասից դեպի կենտրոն: Հաշվի առնելով այս, այն ստեղծվում է էլեկտրական դաշտ, ինչի հետևանքով իոնները շարժվում են կենտրոնից դեպի ծայրամաս և հեռանում աղեղային շրջանից։ Նույն ուղղությամբ է գործում նաև աղեղի սյունակի և շրջակա տարածքի ջերմաստիճանի տարբերությունը: Կայունացված և ազատ այրվող աղեղում դիֆուզիան աննշան դեր է խաղում:

Անշարժ աղեղի վրա լարման անկումը անհավասարաչափ է բաշխվում աղեղի երկայնքով: Լարման անկման փոփոխության օրինաչափություն U D և էլեկտրական դաշտի ուժ (երկայնական լարման գրադիենտ) Ե D = dU/dxաղեղի երկայնքով պատկերված է նկարում (նկ. 2): Լարման գրադիենտի տակ Ե D-ն վերաբերում է լարման անկմանը մեկ միավորի աղեղի երկարության վրա: Ինչպես երևում է նկարից, բնութագրերի ընթացքը UԴ և Ե D-ը մոտ էլեկտրոդային շրջաններում կտրուկ տարբերվում է մնացած աղեղի բնութագրերի ընթացքից։ Էլեկտրոդների մոտ, մերձ կաթոդային և մերձանոդային շրջաններում, մոտ 10-4 սմ երկարության միջակայքում, տեղի է ունենում լարման կտրուկ անկում, որը կոչվում է. կաթոդ Uդեպի և անոդիկ UԱ. Այս լարման անկման մեծությունը կախված է էլեկտրոդի նյութից և շրջակա գազից: Մոտ անոդային և մոտ կաթոդային լարման անկումների ընդհանուր արժեքը 15 – 30 Վ է, լարման գրադիենտը հասնում է 10 5 – 10 6 Վ/սմ։

Մնացած աղեղում, որը կոչվում է աղեղային սյուն, լարման անկում U D-ն գրեթե ուղիղ համեմատական ​​է աղեղի երկարությանը: Գրադիենտն այստեղ մոտավորապես հաստատուն է բեռնախցիկի երկայնքով: Այն կախված է բազմաթիվ գործոններից և կարող է շատ տարբեր լինել՝ հասնելով 100 - 200 Վ/սմ:

Մոտ էլեկտրոդի լարման անկում U E կախված չէ աղեղի երկարությունից, աղեղի սյունակում լարման անկումը համաչափ է աղեղի երկարությանը. Այսպիսով, լարման անկումը աղեղի բացը

U D = U E + ԵԴ լԴ,

Որտեղ: Ե D - էլեկտրական դաշտի ուժը աղեղային սյունակում;

լ D - աղեղի երկարություն; U E = U k + UԱ.

Եզրափակելով, ևս մեկ անգամ պետք է նշել, որ աղեղի լիցքաթափման փուլում գերակշռում է ջերմային իոնացումը՝ ջերմային դաշտի էներգիայի շնորհիվ ատոմների տրոհումը էլեկտրոնների և դրական իոնների։ Փայլի արտանետմամբ կաթոդում տեղի է ունենում հարվածային իոնացում՝ էլեկտրական դաշտի կողմից արագացված էլեկտրոնների հետ բախումների պատճառով, իսկ Թաունսենդի լիցքաթափման դեպքում ազդեցության իոնացումը գերակշռում է գազի արտանետման ողջ բացվածքի վրա:

Էլեկտրականի ստատիկ հոսանք-լարման բնութագրիչ

DC կամարներ.

Ամենակարևոր հատկանիշըաղեղը նրանից լարման կախվածությունն է հոսանքի մեծությունից: Այս բնութագիրը կոչվում է ընթացիկ լարում: Աճող հոսանքով եսաղեղի ջերմաստիճանը մեծանում է, ջերմային իոնացումը մեծանում է, արտանետման մեջ իոնացված մասնիկների թիվը մեծանում է և աղեղի էլեկտրական դիմադրությունը նվազում է։ rդ.

Աղեղի լարումն է irդ. Երբ հոսանքն ավելանում է, աղեղի դիմադրությունն այնքան կտրուկ նվազում է, որ աղեղի լարումն իջնում ​​է, չնայած այն հանգամանքին, որ շղթայում հոսանքը մեծանում է: Յուրաքանչյուր ընթացիկ արժեք կայուն վիճակում համապատասխանում է լիցքավորված մասնիկների քանակի իր սեփական դինամիկ հավասարակշռությանը:

Մի ընթացիկ արժեքից մյուսին անցնելիս աղեղի ջերմային վիճակն ակնթարթորեն չի փոխվում: Աղեղի բացն ունի ջերմային իներցիա. Եթե ​​հոսանքը ժամանակի ընթացքում դանդաղ է փոխվում, ապա լիցքաթափման ջերմային իներցիան ազդեցություն չունի։ Յուրաքանչյուր ընթացիկ արժեք համապատասխանում է աղեղի դիմադրության կամ դրա վրա լարման միանշանակ արժեքին:

Աղեղի լարման կախվածությունը հոսանքից, երբ այն դանդաղ է փոխվում, կոչվում է ստատիկ հոսանք-լարման բնութագիրկամարները.

Աղեղի ստատիկ բնութագրերը կախված են էլեկտրոդների միջև հեռավորությունից (աղեղի երկարությունը), էլեկտրոդների նյութից և շրջակա միջավայրի պարամետրերից, որտեղ այրվում է աղեղը։

Աղեղի ստատիկ հոսանք-լարման բնութագրերն ունեն կորերի ձև, որը ներկայացված է Նկ. 3.

Բրինձ. 3. Աղեղի ստատիկ ընթացիկ-լարման բնութագրերը

Որքան երկար է աղեղի երկարությունը, այնքան բարձր է նրա ստատիկ ընթացիկ-լարման բնութագիրը: Քանի որ միջավայրի ճնշումը, որում այրվում է աղեղը, մեծանում է նաև ինտենսիվությունը Ե D և հոսանքի լարման բնութագիրը բարձրանում է Նկ. 3.

Աղեղի սառեցումը զգալիորեն ազդում է այս հատկանիշի վրա: Որքան ավելի ինտենսիվ է աղեղի սառեցումը, այնքան ավելի շատ ուժ է հանվում դրանից: Այս դեպքում աղեղի կողմից թողարկված հզորությունը պետք է ավելանա: Տվյալ հոսանքի համար դա հնարավոր է աղեղի լարման ավելացմամբ: Այսպիսով, աճող հովացման հետ մեկտեղ, ընթացիկ-լարման բնութագրիչն ավելի բարձր է: Սա լայնորեն կիրառվում է ապարատի աղեղը մարելու սարքերում:

Էլեկտրականի դինամիկ հոսանք-լարման բնութագրիչ

DC կամարներ.

Եթե ​​շղթայում հոսանքը դանդաղ է փոխվում, ապա հոսանքը ես 1-ը համապատասխանում է աղեղի դիմադրությանը r D1, ավելի բարձր հոսանքի համար ես 2-ը համապատասխանում է ավելի ցածր դիմադրության r D2, որն արտացոլված է Նկ. 4. (տես աղեղ-կորի ստատիկ բնութագրերը Ա).

Բրինձ. 4. Աղեղի դինամիկ հոսանք-լարման բնութագրիչ.

Իրական տեղադրություններում հոսանքը կարող է բավականին արագ փոխվել: Աղեղի սյունակի ջերմային իներցիայի պատճառով աղեղի դիմադրության փոփոխությունը հետ է մնում հոսանքի փոփոխությունից:

Աղեղի լարման կախվածությունը հոսանքից, երբ այն արագ փոխվում է, կոչվում է դինամիկ ընթացիկ-լարման բնութագիր.

Ընթացքի կտրուկ աճով դինամիկ արձագանքանցնում է ստատիկից (կոր IN), երբվանից արագ աճընթացիկ, աղեղի դիմադրությունն ավելի դանդաղ է նվազում, քան հոսանքն աճում է: Նվազելիս այն ավելի ցածր է, քանի որ այս ռեժիմում աղեղի դիմադրությունը ավելի քիչ է, քան հոսանքի դանդաղ փոփոխության դեպքում (կորի ՀԵՏ).

Դինամիկ բնութագիրը մեծապես որոշվում է աղեղում հոսանքի փոփոխության արագությամբ: Եթե ​​շղթայի մեջ շատ մեծ դիմադրություն մտցվի անվերջ փոքր ժամանակում՝ համեմատած աղեղի ջերմային ժամանակի հաստատունի հետ, ապա այն ժամանակի ընթացքում, երբ հոսանքը քայքայվում է մինչև զրոյի, աղեղի դիմադրությունը կմնա հաստատուն: Այս դեպքում դինամիկ բնութագիրը կպատկերվի որպես կետից անցնող ուղիղ գիծ 2 դեպի ծագում (ուղիղ Դ), Տ. Այսինքն, աղեղը իրեն պահում է մետաղյա հաղորդիչի պես, քանի որ աղեղի վրա լարումը համաչափ է հոսանքի:

DC աղեղի մարման պայմանները.

Ուղղակի հոսանքի էլեկտրական աղեղը մարելու համար անհրաժեշտ է ստեղծել այնպիսի պայմաններ, որ աղեղի բացվածքում բոլոր ընթացիկ արժեքների դեպքում դեիոնացման գործընթացներն ավելի ինտենսիվ ընթանան, քան իոնացման գործընթացները:

Բրինձ. 5. Լարման հաշվեկշիռը էլեկտրական աղեղով շղթայում:

Դիտարկենք դիմադրություն պարունակող էլեկտրական միացում Ռ, ինդուկտիվություն Լև լարման անկմամբ աղեղային բացը U D, որի վրա կիրառվում է լարումը U(նկ. 5, Ա) Հաստատուն երկարության աղեղի դեպքում այս շղթայում լարման հավասարակշռության հավասարումը վավեր կլինի ժամանակի ցանկացած պահի.

որտեղ է լարման անկումը ինդուկտիվության վրա, երբ հոսանքը փոխվում է:

Ստացիոնար ռեժիմը կլինի այնպիսին, որում հոսանքը միացումում չի փոխվում, այսինքն. և սթրեսային հաշվեկշռի հավասարումը կունենա հետևյալ ձևը.

Էլեկտրական աղեղը մարելու համար անհրաժեշտ է, որ դրա մեջ հոսանքը անընդհատ նվազի, այսինքն. , Ա

Սթրեսային հաշվեկշռի հավասարման գրաֆիկական լուծումը ներկայացված է Նկ. 5, բ. Ահա ուղիղ գիծ 1 ներկայացնում է աղբյուրի լարումը U; թեք ուղիղ գիծ 2 - լարման անկում դիմադրության վրա Ռ(շղթայի ռեոստատիկ բնութագիրը), հանված լարումից U, այսինքն. U–iR; կոր 3 – աղեղի բացվածքի հոսանք-լարման բնութագիրը UԴ.

AC էլեկտրական աղեղի առանձնահատկությունները.

Եթե ​​ուղղակի հոսանքի աղեղը մարելու համար անհրաժեշտ է ստեղծել այնպիսի պայմաններ, որոնց դեպքում հոսանքը կնվազի զրոյի, ապա փոփոխական հոսանքով աղեղի հոսանքը, անկախ աղեղի բացվածքի իոնացման աստիճանից, յուրաքանչյուր կեսն անցնում է զրոյի միջով։ - ցիկլ, այսինքն. Յուրաքանչյուր կես ցիկլով աղեղը դուրս է գալիս և նորից լուսավորվում: Աղեղը մարելու խնդիրը մեծապես պարզեցված է։ Այստեղ անհրաժեշտ է ստեղծել այնպիսի պայմաններ, որոնց դեպքում հոսանքը զրոյից անցնելուց հետո չէր վերականգնվի։

Մեկ ժամանակահատվածի համար փոփոխական հոսանքի աղեղի հոսանք-լարման բնութագիրը ներկայացված է Նկ. 6. Քանի որ նույնիսկ 50 Հց արդյունաբերական հաճախականության դեպքում աղեղի հոսանքը բավականին արագ է փոխվում, ներկայացված բնութագիրը դինամիկ է: Սինուսոիդային հոսանքի դեպքում աղեղի լարումը սկզբում աճում է հատվածում 1, իսկ հետո, հոսանքի ավելացման պատճառով հատվածում իջնում ​​է 2 (հատվածներ 1 Եվ 2 վերաբերում է կիսաշրջանի առաջին կեսին): Հոսանքի առավելագույն միջով անցնելուց հետո կորի երկայնքով աճում է դինամիկ հոսանք-լարման բնութագիրը 3 հոսանքի նվազման պատճառով, այնուհետև հատվածում նվազում է 4 զրոյին մոտեցող լարման պատճառով (հատվածներ 3 Եվ 4 վերաբերում է նույն կիսաշրջանի երկրորդ կեսին):

Բրինձ. 6. Փոփոխական հոսանքի աղեղի հոսանք-լարման բնութագրերը

Փոփոխական հոսանքի դեպքում աղեղի ջերմաստիճանը փոփոխական արժեք է: Այնուամենայնիվ, գազի ջերմային իներցիան բավականին զգալի է ստացվում, և մինչ հոսանքն անցնում է զրոյի միջով, աղեղի ջերմաստիճանը, թեև նվազում է, բայց մնում է բավականին բարձր։ Այնուամենայնիվ, ջերմաստիճանի նվազումը, որը տեղի է ունենում, երբ հոսանքն անցնում է զրոյով, նպաստում է բացվածքի դեիոնացմանը և հեշտացնում փոփոխական հոսանքի էլեկտրական աղեղի մարումը։

Էլեկտրական աղեղը մագնիսական դաշտում:

Էլեկտրական աղեղը հոսանքի գազային հաղորդիչ է: Մագնիսական դաշտը գործում է այս հաղորդիչի վրա, ճիշտ այնպես, ինչպես մետաղը, ստեղծելով դաշտի ինդուկցիայի և աղեղի հոսանքի համաչափ ուժ: Մագնիսական դաշտը, ազդելով աղեղի վրա, մեծացնում է դրա երկարությունը և տարածության մեջ տեղաշարժում է աղեղի տարրերը։ Աղեղային տարրերի լայնակի շարժումը ստեղծում է ինտենսիվ սառեցում, ինչը հանգեցնում է աղեղային սյունակի վրա լարման գրադիենտի ավելացմանը: Երբ աղեղը մեծ արագությամբ շարժվում է գազային միջավայրում, աղեղը բաժանվում է առանձին զուգահեռ մանրաթելերի։ Որքան երկար է աղեղը, այնքան ավելի խիստ է աղեղի շերտազատումը:

Աղեղը չափազանց շարժական հաղորդիչ է: Հայտնի է, որ հոսանք կրող մասը ենթարկվում է ուժերի, որոնք հակված են մեծացնել շղթայի էլեկտրամագնիսական էներգիան։ Քանի որ էներգիան համաչափ է ինդուկտիվությանը, աղեղը, սեփական դաշտի ազդեցության տակ, հակված է շրջադարձեր և օղակներ ձևավորելու, քանի որ դա մեծացնում է շղթայի ինդուկտիվությունը: Աղեղի այս ունակությունն ավելի ուժեղ է, որքան մեծ է նրա երկարությունը:

Օդում շարժվող աղեղը հաղթահարում է օդի աերոդինամիկ դիմադրությունը, որը կախված է աղեղի տրամագծից, էլեկտրոդների միջև հեռավորությունից, գազի խտությունից և շարժման արագությունից։ Փորձը ցույց է տալիս, որ բոլոր դեպքերում, միասնական մագնիսական դաշտում, աղեղը շարժվում է հետ հաստատուն արագություն. Հետևաբար, էլեկտրադինամիկական ուժը հավասարակշռվում է աերոդինամիկական քաշման ուժով:

Արդյունավետ սառեցում ստեղծելու համար աղեղը մագնիսական դաշտի միջոցով քաշվում է նեղ (աղեղի տրամագիծը ավելի մեծ է, քան բացվածքի լայնությունը) աղեղադիմացկուն նյութի պատերի միջև բարձր ջերմահաղորդականություն ունեցող բացը: Անցքի պատերին ջերմության փոխանցման ավելացման շնորհիվ աղեղի սյունակում լարման գրադիենտը նեղ բացիկի առկայության դեպքում շատ ավելի բարձր է, քան էլեկտրոդների միջև ազատ շարժվող աղեղը: Սա հնարավորություն է տալիս կրճատել մարման համար անհրաժեշտ մարման տևողությունը և ժամանակը:

Անջատիչ սարքերում էլեկտրական աղեղի վրա ազդելու մեթոդներ.

Սարքում առաջացող աղեղի սյունակի վրա ազդելու նպատակն է բարձրացնել նրա ակտիվ էլեկտրական դիմադրությունը մինչև անսահմանություն, երբ անջատիչ տարրը անցնում է մեկուսիչ վիճակի: Սա գրեթե միշտ ձեռք է բերվում աղեղի սյունակի ինտենսիվ սառեցման միջոցով, նվազեցնելով դրա ջերմաստիճանը և ջերմության պարունակությունը, ինչը հանգեցնում է իոնացման աստիճանի և էլեկտրական կրիչների և իոնացված մասնիկների քանակի նվազմանը և պլազմայի էլեկտրական դիմադրության բարձրացմանը:

Ցածր լարման անջատիչ սարքերում էլեկտրական աղեղը հաջողությամբ մարելու համար անհրաժեշտ է կատարել հետևյալ պայմանները:

1) մեծացնել աղեղի երկարությունը՝ այն ձգելով կամ ավելացնելով անջատիչի մեկ բևեռի ընդմիջումների քանակը.

2) տեղափոխել աղեղը դեպի մետաղական թիթեղներաղեղների մարման ցանցեր, որոնք նման են ռադիատորների, որոնք կլանում են ջերմային էներգիաաղեղի սյունը և այն բաժանել մի շարք հաջորդաբար կապված կամարների.

3) տեղափոխել աղեղային սյունը մագնիսական դաշտաղեղակայուն խցիկի մեջ մեկուսիչ նյութբարձր ջերմային հաղորդունակությամբ, որտեղ պատերի հետ շփվելիս աղեղը ինտենսիվ սառչում է.

4) գազ առաջացնող նյութից` մանրաթելից պատրաստված փակ խողովակի մեջ աղեղ կազմել. առաջանում են ջերմաստիճանի ազդեցությամբ արձակված գազերը արյան բարձր ճնշում, որն օգնում է մարել աղեղը;

5) նվազեցնել մետաղական գոլորշիների կոնցենտրացիան աղեղում, որի համար սարքերի նախագծման փուլում օգտագործել համապատասխան նյութեր.

6) մարել աղեղը վակուումում. շատ ցածր գազի ճնշման դեպքում չկան բավարար գազի ատոմներ դրանք իոնացնելու և աղեղում հոսանքի անցկացմանը աջակցելու համար. աղեղային սյունակի ալիքի էլեկտրական դիմադրությունը դառնում է շատ բարձր, և աղեղը դուրս է գալիս.

7) բացեք կոնտակտները համաժամանակյա նախքան փոփոխական հոսանքը զրոյի միջով անցնելը, ինչը զգալիորեն նվազեցնում է ջերմային էներգիայի արտազատումը ստացված աղեղում, այսինքն. նպաստում է աղեղի մարմանը;

8) օգտագործել զուտ ակտիվ դիմադրություններ, որոնք շեղում են աղեղը և հեշտացնում դրա մարման պայմանները.

9) օգտագործել կիսահաղորդչային տարրեր, որոնք շեղում են փոխշփման բացը և միացնում են աղեղի հոսանքը դեպի իրենց, ինչը գործնականում բացառում է կոնտակտների վրա աղեղի ձևավորումը: