ઇલેક્ટ્રિક આર્ક અને તેની લાક્ષણિકતાઓ

ઇલેક્ટ્રિક આર્ક - બે ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેના ગેસ દ્વારા વીજળી પસાર થાય છે, જેમાંથી એક ઇલેક્ટ્રોન (કેથોડ) નો સ્ત્રોત છે. ઇલેક્ટ્રોડ એ એક વાયર છે જે ઇલેક્ટ્રિકલ સર્કિટના કોઈપણ વિભાગમાં સમાપ્ત થાય છે.

મોટા જથ્થામાં કેથોડમાંથી ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોન ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચેના ગેસનું મજબૂત આયનીકરણનું કારણ બને છે અને આ રીતે ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે મોટા પ્રવાહનું વહેણ શક્ય બનાવે છે.

પરંપરાગત ગેસ ડિસ્ચાર્જથી વિપરીત ઇલેક્ટ્રિક આર્કની લાક્ષણિકતા એ છે કે તે ઓછા વોલ્ટેજ પર બળી શકે છે.

સેન્ટ પીટર્સબર્ગના ભૌતિકશાસ્ત્રી દ્વારા ઇલેક્ટ્રિક આર્કની શોધ કરવામાં આવી હતી વી. વી. પેટ્રોવ 1802 માં અને ટેકનોલોજીમાં મહત્વપૂર્ણ એપ્લિકેશનો મળી.

ઇલેક્ટ્રિક આર્ક એ એક પ્રકારનો ડિસ્ચાર્જ છે જે ઉચ્ચ વર્તમાન ઘનતા, ઉચ્ચ તાપમાન, એલિવેટેડ ગેસ પ્રેશર અને આર્ક ગેપમાં નીચા વોલ્ટેજ ડ્રોપ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. આ કિસ્સામાં, ઇલેક્ટ્રોડ્સ (સંપર્કો) ની સઘન ગરમી થાય છે, જેના પર કહેવાતા રચાય છે. કેથોડિક અને એનોડિક ફોલ્લીઓ. કેથોડ ગ્લો નાના તેજસ્વી સ્પોટમાં કેન્દ્રિત છે, વિરુદ્ધ ઇલેક્ટ્રોડનો અગ્નિથી પ્રકાશિત ભાગ એનોડ સ્પોટ બનાવે છે.

મેઘધનુષ્યમાં ત્રણ ક્ષેત્રો નોંધી શકાય છે, જે તેમનામાં થતી પ્રક્રિયાઓની પ્રકૃતિમાં ખૂબ જ અલગ છે. ચાપના નકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ (કેથોડ) તરફ સીધો કેથોડ વોલ્ટેજ ડ્રોપ પ્રદેશ છે. આગળ પ્લાઝ્મા આર્ક બેરલ છે. સકારાત્મક ઇલેક્ટ્રોડ (એનોડ) તરફ સીધા જ એનોડિક વોલ્ટેજ ડ્રોપ પ્રદેશ છે. આ પ્રદેશો ફિગમાં યોજનાકીય રીતે દર્શાવવામાં આવ્યા છે. 1.

ચોખા. 1. ઇલેક્ટ્રિક આર્કનું માળખું

આકૃતિમાં કેથોડિક અને એનોડિક વોલ્ટેજ ડ્રોપ પ્રદેશોના કદ મોટા પ્રમાણમાં અતિશયોક્તિપૂર્ણ છે. વાસ્તવમાં, તેમની લંબાઈ ઘણી નાની છે. ઉદાહરણ તરીકે, કેથોડિક વોલ્ટેજ ડ્રોપની લંબાઈ ઈલેક્ટ્રોનની મુક્ત હિલચાલ (1 માઈક્રોન કરતાં ઓછી)ના માર્ગના ક્રમની છે. એનોડ વોલ્ટેજ ડ્રોપ પ્રદેશની લંબાઈ સામાન્ય રીતે આ મૂલ્ય કરતાં થોડી વધારે હોય છે.

સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં, હવા સારી ઇન્સ્યુલેટર છે. તેથી, 1 સે.મી.ના એર ગેપને તોડવા માટે જરૂરી વોલ્ટેજ 30 kV છે. હવાના અંતરને વાહક બનવા માટે, તેમાં ચાર્જ કરેલા કણો (ઇલેક્ટ્રોન અને આયનો) ની ચોક્કસ સાંદ્રતા બનાવવી જરૂરી છે.

ઇલેક્ટ્રિક આર્ક કેવી રીતે થાય છે

ઇલેક્ટ્રિક આર્ક, જે ચાર્જ થયેલા કણોનો પ્રવાહ છે, સંપર્ક વિભાજનની પ્રારંભિક ક્ષણે આર્ક ગેપના ગેસમાં મુક્ત ઇલેક્ટ્રોનની હાજરી અને કેથોડની સપાટીથી ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોનની હાજરીના પરિણામે થાય છે. સંપર્કો વચ્ચેના અંતરમાં મુક્ત ઇલેક્ટ્રોન ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર દળોની ક્રિયા હેઠળ કેથોડથી એનોડ તરફની દિશામાં ઊંચી ઝડપે આગળ વધે છે.

સંપર્ક અંતરની શરૂઆતમાં ક્ષેત્રની શક્તિ સેન્ટીમીટર દીઠ કેટલાંક હજાર કિલોવોલ્ટ સુધી પહોંચી શકે છે.આ ક્ષેત્રના દળોની ક્રિયા હેઠળ, ઇલેક્ટ્રોન કેથોડની સપાટીથી દોરવામાં આવે છે અને એનોડ તરફ જાય છે, તેમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને પછાડે છે, જે ઇલેક્ટ્રોન વાદળ બનાવે છે. આ રીતે બનાવેલ ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રારંભિક પ્રવાહ આગળ ચાપ ગેપનું તીવ્ર આયનીકરણ બનાવે છે.

આયનીકરણ પ્રક્રિયાઓ સાથે, ડીયોનાઇઝેશન પ્રક્રિયાઓ ચાપમાં સમાંતર અને સતત થાય છે. ડીયોનાઇઝેશનની પ્રક્રિયાઓ એ હકીકતમાં સમાવિષ્ટ છે કે જ્યારે વિવિધ ચિહ્નોના બે આયનો અથવા હકારાત્મક આયન અને ઇલેક્ટ્રોન એકબીજાની નજીક આવે છે, ત્યારે તેઓ આકર્ષાય છે અને, અથડાઈને, તટસ્થ થઈ જાય છે, વધુમાં, ચાર્જ થયેલા કણો આત્માના બર્નિંગ ઝોનમાંથી વધુ સાથે આગળ વધે છે. - ચાર્જની ઓછી સાંદ્રતા સાથે પર્યાવરણમાં શુલ્કની ઊંચી સાંદ્રતા. આ તમામ પરિબળો ચાપના તાપમાનમાં ઘટાડો, તેના ઠંડક અને અદ્રશ્ય તરફ દોરી જાય છે.

ચોખા. 2. ઇલેક્ટ્રિક આર્ક

ઇગ્નીશન પછી આર્ક

સ્થિર કમ્બશન મોડમાં, આયનીકરણ અને ડીયોનાઇઝેશનની પ્રક્રિયાઓ સંતુલનમાં હોય છે. મુક્ત સકારાત્મક અને નકારાત્મક શુલ્કની સમાન રકમ સાથે આર્ક બેરલ ગેસ આયનીકરણની ઉચ્ચ ડિગ્રી દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે.

એક પદાર્થ જેની આયનીકરણની ડિગ્રી એકતાની નજીક છે, એટલે કે. જેમાં કોઈ તટસ્થ અણુઓ અને પરમાણુઓ નથી તેને પ્લાઝમા કહે છે.

ઇલેક્ટ્રિક આર્ક નીચેની લાક્ષણિકતાઓ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે:

1. આર્ક શાફ્ટ અને પર્યાવરણ વચ્ચે સ્પષ્ટ રીતે વ્યાખ્યાયિત સીમા.

2. આર્ક બેરલની અંદર ઉચ્ચ તાપમાન, 6000 - 25000K સુધી પહોંચે છે.

3. ઉચ્ચ વર્તમાન ઘનતા અને આર્ક ટ્યુબ (100 — 1000 A/mm2).

4. એનોડિક અને કેથોડિક વોલ્ટેજ ડ્રોપના નાના મૂલ્યો અને વ્યવહારીક રીતે વર્તમાન (10 - 20 V) પર આધાર રાખતા નથી.

ઇલેક્ટ્રિક આર્કની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા

ડીસી ચાપની મુખ્ય લાક્ષણિકતા એ વર્તમાન પર આર્ક વોલ્ટેજની અવલંબન છે, જેને વર્તમાન-વોલ્ટેજ (વીએસી) લાક્ષણિકતા કહેવામાં આવે છે.

ચાપ ચોક્કસ વોલ્ટેજ (ફિગ. 3) પર સંપર્કો વચ્ચે થાય છે, જેને ઇગ્નીશન વોલ્ટેજ Uz કહેવાય છે અને સંપર્કો વચ્ચેનું અંતર, વાતાવરણનું તાપમાન અને દબાણ અને સંપર્ક વિભાજનની ઝડપ પર આધાર રાખે છે. ચાપ બુઝાવવાનો વોલ્ટેજ Ug હંમેશા ઓછો તણાવ U3.

ચોખા. 3. DC આર્ક (a) અને તેના સમકક્ષ સર્કિટ (b) ની વર્તમાન-વોલ્ટેજ લાક્ષણિકતા

વળાંક 1 એ ચાપની સ્થિર લાક્ષણિકતા છે, એટલે કે. વર્તમાનમાં ધીમે ધીમે ફેરફાર કરીને પ્રાપ્ત થાય છે. લાક્ષણિકતામાં પડતું પાત્ર છે. જેમ જેમ વર્તમાન વધે છે, ચાપ વોલ્ટેજ ઘટે છે. આનો અર્થ એ છે કે આર્ક ગેપનો પ્રતિકાર ઝડપથી વધે છે કારણ કે વર્તમાન વધે છે.

જો એક અથવા બીજી ઝડપે ચાપમાં વર્તમાન I1 થી ઘટીને શૂન્ય થાય છે અને તે જ સમયે ચાપ સાથે વોલ્ટેજ ડ્રોપને ઠીક કરવામાં આવે છે, તો વળાંક 2 અને 3 પરિણમશે. આ વળાંકોને ગતિશીલ લાક્ષણિકતાઓ કહેવામાં આવે છે.

જેટલી ઝડપથી કરંટ ઓછો થશે, ગતિશીલ I — V લાક્ષણિકતાઓ ઓછી હશે. આ એ હકીકતને કારણે છે કે વર્તમાનમાં ઘટાડા સાથે, બેરલના ક્રોસ સેક્શન, તાપમાન જેવા આર્કના પરિમાણોને ઝડપથી બદલવાનો સમય નથી અને વર્તમાનના નીચા મૂલ્યને અનુરૂપ મૂલ્યો પ્રાપ્ત કરવા માટે સ્થિર પરિસ્થિતિ.

આર્ક ગેપ વોલ્ટેજ ડ્રોપ:

Ud = Usc + EdId,

જ્યાં Us = Udo + Ua — ઇલેક્ટ્રોડની નજીક વોલ્ટેજ ડ્રોપ, એડ — ચાપમાં રેખાંશ વોલ્ટેજ ઢાળ, ID — ચાપની લંબાઈ.

તે સૂત્રમાંથી અનુસરે છે કે જેમ જેમ ચાપની લંબાઈ વધે છે તેમ, સમગ્ર ચાપમાં વોલ્ટેજ ડ્રોપ વધશે અને I — V લાક્ષણિકતા વધારે હશે.

તેઓ ઇલેક્ટ્રિકલ સ્વિચિંગ ઉપકરણોની ડિઝાઇનમાં આર્સિંગ સાથે વ્યવહાર કરે છે. ઇલેક્ટ્રિક આર્કના ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે ઇલેક્ટ્રિક આર્ક વેલ્ડીંગ માટે સ્થાપનો અને માં ચાપ ગલન ભઠ્ઠીઓ.