《电弧物理》课件.pptVIP

电弧物理电弧是电离气体中的持续放电现象。它在工业生产和日常生活中有广泛的应用。

电弧的定义和特征电弧定义电弧是一种持续放电现象，在电极之间形成高温等离子体。特征电弧具有高温、高电流、高亮度和低电压等特点。等离子体电弧等离子体由电子、离子、中性原子和分子组成。

电弧的生成条件电压足够高电弧的产生需要足够高的电压克服气体间隙的绝缘强度，使电离发生。电流足够大电弧的维持需要足够的电流来维持电离，保持电弧通道的导电性。电极间距离适当电极间距离过小，容易导致短路；距离过大，则难以击穿气体，产生电弧。气体介质不同气体的电离电位不同，影响电弧的形成和维持。

电弧的电压电流特性电弧的电压电流特性决定着其运行和控制，是电弧物理的重要研究内容之一。电弧的电压电流特性受多种因素影响，包括电极材料、气体种类、电弧长度、电流强度等。10伏安特性电弧电压随着电流增加而下降。20负阻特性电弧电压随着电流增加而下降，表现出负阻特性。30非线性电弧电压电流关系是非线性的，呈现出复杂的曲线关系。

电弧的温度分布电弧的温度分布并非均匀的，存在着明显的梯度变化。电弧中心温度最高，可达数千至数万摄氏度，而电弧边缘温度则要低得多。区域温度范围电弧中心数千至数万摄氏度电弧边缘数百至数千摄氏度

电弧的等离子体状态电弧等离子体是高度电离的气体，包含电子、离子、原子和中性粒子。等离子体具有高导电性和高热量，电弧的能量以热量和光辐射的形式传递。

电弧的化学反应化学反应电弧会引发各种化学反应。气体和电极材料之间的相互作用会产生新的分子和化合物。生成物这些化学反应可能产生氧化物、氮化物、氢化物和碳氢化合物等物质。材料腐蚀化学反应会加速电极材料的腐蚀，影响电弧的稳定性和寿命。

电弧的热辐射电弧热辐射是电弧能量传递的主要方式之一。电弧辐射的强度和光谱特性与电弧温度和气体成分密切相关。热辐射会对周围环境造成影响，例如影响金属材料的熔化和蒸发。

电弧的电场分布电弧的电场分布由电极间电压和电弧长度决定。电场强度在电极附近最高，逐渐向电弧中心降低。电场分布影响着电弧的电流密度和温度分布。电弧的电场分布会受到气体性质、电极材料、电流强度等因素的影响。在实际应用中，电弧电场分布的测量和模拟对于理解电弧特性和优化电弧装置至关重要。

电弧的磁场分布电弧电流会产生磁场，这个磁场会影响电弧的形状和稳定性。磁场方向垂直于电流方向，磁场强度与电流大小成正比。在直流电弧中，磁场通常比较弱，对电弧的影响也比较小。而在交流电弧中，磁场会随电流方向变化而变化，对电弧的影响比较大。

电弧的热传导1热量传递热量从高温电弧核心传递到周围环境2传导模式通过电弧等离子体和电极材料的分子振动3热传导系数取决于电弧温度和等离子体成分4影响因素电极材料、气体压力、电弧长度电弧热传导是影响电弧稳定性和能量传递的重要因素。热量传递方向取决于电弧温度梯度，从高温核心向周围环境传递。

电弧的热对流1自然对流受温度梯度驱动2强制对流受外部力驱动3混合对流自然对流和强制对流共同作用电弧周围的气体受热膨胀，密度降低，产生浮力上升，形成热对流。热对流是电弧热量传递的重要方式之一，对电弧稳定性、电极温度等因素起着重要作用。

电弧的热功耗电弧的热功耗是指电弧在单位时间内释放的热量，它与电弧的电流、电压和电弧长度有关。热功耗的计算公式为：P=U*I，其中P为热功耗，U为电弧电压，I为电弧电流。电弧的热功耗会影响电弧的温度、电弧的稳定性和电弧的寿命。热功耗越大，电弧的温度越高，电弧的稳定性越差，电弧的寿命越短。

电弧的稳定性电弧的稳定性电弧的稳定性是指电弧能够持续燃烧并保持稳定的状态。电弧的稳定性受多种因素影响，例如气体压力、电极间隙、电流大小、电极材料等。电弧稳定性的重要指标包括弧隙电压、弧柱电流和弧长等。稳定性好的电弧能够有效地传递能量，提高电弧的利用效率。

电弧的断流过程电弧熄灭电弧电流减小到零，电弧熄灭。断路过程断路器或其他开关设备打开，中断电流路径。电弧冷却电弧温度下降，等离子体逐渐冷却，失去导电性。气体恢复电弧通道中的气体恢复绝缘强度，断路器恢复正常工作状态。

电弧的再点亮过程1电极间隙电弧熄灭后，电极之间存在一定间隙，需要重新建立导电通道。2击穿电压当施加的电压超过电极间隙的击穿电压时，空气会被电离，形成等离子体。3电弧重新建立等离子体形成后，电流开始流动，电弧重新建立，并持续放电。

电弧的电极温度电极材料电极温度铜1000°C以上钨3000°C以上石墨2500°C以上电极温度受电弧电流、电极材料和电极形状等因素影响。电弧电流越大，电极温度越高。不同的电极材料具有不同的熔点，因此电极温度也各不相同。电极形状也会影响电极温度，例如，尖锐的电极比圆形的电极更容易产生高温。

电弧的电极材料耐高温电极材料必须能够承受高温，例如钨、铜、银等