ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Физические характеристики электрической дуги из "Электрическая дуга отключения " Начало XIX века ознаменовалось созданием первого гальванического элемента — вольтова столба, — который сыграл огромную роль в развитии исследований по электричеству и дал толчок к созданию в дальнейшем новой отрасли техники — электротехники. Статическое электричество было известно уже несколько веков. Однако получить электрический ток стало возможным только после изобретения вольтова столба. Естественно, что этот аппарат привлек к себе внимание физиков в различных странах. Его стали строить и в Англии, где открытие Вольта было впервые опубликовано, и во Франции, и в Германии. Широко использовали это открытие и русские ученые, из которых наибольшей славы заслужил профессор Медико-хирургической академии (впоследствии академик) Василий Владимирович Петров. [c.7] Это описание дает ясную картину электрической дуги. [c.8] Тем не менее приоритет открытия электрической дуги В. В. Петровым до сих пор оспаривается или замалчивается многими иностранными учеными. В качестве примера приведем книгу известного американского физика Л. Леба [Л. 1-2], которая вышла в 1938 г. и появилась в русском переводе под редакцией проф. Н. А. Капцова в 1950 г. Гл. XVni этой книги начинается словами Хотя электрическая дуга была открыта в виде угольной дуги Дэви за период от 1808 до 1810 гг., механизм ее с количественной стороны еще менее понят, чем тлеющий разряд . [c.8] Леб считает, что дугу открыл Дэви. Но в настоящее время можно считать вполне надежно установленным, что Дэви впервые наблюдал электрическую дугу не раньше 1809 г., когда он построил вольтову батарею, состоявшую из 4000 пластин. Герта Айртон пишет в своей книге [Л. 1-3], что в лекции, прочитанной 16 ноября 1809 г., Дэви рассказал о дуге, полученной им от батареи из 1000 пластин между платиновыми электродами в азоте. Длина дуги достигала 3 см. Первое упоминание о публичной демонстрации дуги Дэви относится к 1810 г. Описание же дуги Дэви дал впервые в своей книге [Л. 1-4], выпущенной в 1812 г. Расчеты [Л. 1-5] и опыты [Л. 1-6], произведенные в 1952 г., показали, что с теми батареями, содержавшими не более 200 пластин, которыми Дэви пользовался до 1809 г., получить дугу было невозможно. [c.8] Таким образом, спор о приоритете в открытии электрической дуги, начавшийся в 1896 г. в связи с одной статьей, помещенной в английском журнале The Ele tri ian , можно теперь считать законченным. Приоритет В. В. Петрова установлен неоспоримо. [c.8] Следует заметить, что об открытии дуги В. В. Петровым иностранные ученые не могли не знать, так как Петербургская Академия наук сообщила о нем в академии европейских государств. Поэтому естественно, что Дэви в своих работах никогда не приписывал себе открытия дуги. Он лищь сообщал о своих наблюдениях над дугой. [c.9] Здесь а, Ь, с и й — постоянные, I — длина дуги, I — ток дуги. Эта формула широко известна под именем формулы Айртон и часто используется, хотя и не всегда правильно. Следует помнить, что она применима только к дуге между угольными электродами, да и то с некоторыми ограничениями, о которых будет сказано ниже. [c.9] Таким образом, В. Ф. Миткевич впервые установил, что электрическая дуга представляет собою электронное явление. Это было очень важным шагом в установлении правильных физических представлений о процессах, происходящих в электрической дуге. [c.9] Что касается второго положения В. Ф. Миткевича — о высокой температуре катода, как обязательном условии существования дуги,— то оно не всегда оправдывается. Более поздние исследования показали, что при некоторых условиях дуга может существовать и тогда, когда катод не нагрет до очень высокой температуры. [c.10] По мере того, как применения электрической дуги в технике становятся все более многочисленными (освещение, дуговые электрические печи, электросварка, выключатели и пр.), развиваются и исследования дуги. Ведутся работы как по изучению физических процессов в дуге и установлению ее физических характеристик, так и по разработке теории дуги. Ряд важных исследований дуги был проведен в двадцатых годах. Среди них следует особенно отметить труды Комптона [Л. 1-7, 1-8] и Слепяна [Л. 1-9]. Значительно усилились исследования дуги в тридцатых и сороковых годах. Появившиеся в этот период монографии по вопросам разряда в газах [Л.1-10—1-13 ] содержат главы, посвященные дуге. Были изданы и монографии, написанные специально о дуге [Л. 1-14—1-19]. Исследование дуги интенсивно продолжалось и в пятидесятых годах. [c.10] Авторы всех этих работ шли по нескольким направлениям одни продолжали накапливать опытные данные о дуге, другие пытались создать теорию дуги — теорию процессов на катоде, аноде и в стволе дуги. Особенно следует отметить теоретические и экспериментальные исследования дуги отключения. [c.10] Остановимся на некоторых из них. [c.10] Большое теоретическое исследование процессов в стволе дуги и около катода было проведено Ромпе и Вейцелем — с их сотрудниками. Авторы [Л. 1-20] дали систему дифференциальных уравнений, описывающих электрические и тепловые процессы в дуге (которые взаимосвязаны). Анализ этих уравнений приводит к заключению, что если рассматривать дугу как цилиндрический проводник, невозможно получить их решение при заданных граничных условиях (высокая температура Т на оси дуги и температура Г,, окружающей среды на большом расстоянии от оси дуги). Поэтому они рассмотрели дугу конечной длины в виде эллипсоида вращения, фокусы которого находятся на концах электродов. Такая концепция дала возможность определить распределение температуры вдоль оси дуги. [c.10] Большой интерес представляет работа Киршштейна и Коппель-мана [Л. 1-21 ]. Они исследовали дугу в струе сжатого воздуха. Дав большой экспериментальный материал, относящийся к такой дуге, они провели и теоретическое исследование процессов, протекающих в ней. Эти процессы в некоторых отношениях отличаются от тех, которые происходят в дуге, не подверженной продольному обдуванию сжатым воздухом. Основное отличие заключается в очень высокой температуре на оси дуги, которая по оценке авторов доходит до 15 000°. В. связи с этим очень высока и степень ионизации воздуха в дуге. Авторы пришли к выводу, что теплосодержание в единице объема газа дуги почти постоянно в очень широком диапазоне. изменения температуры — примерно от 9000 до 20 000°. Попытка построить тепловой баланс дуги, охлаждаемой продольным дутьем, не привела к успешным результатам. Однако авторы указали на возможные причины расхождения расчетных и опытных данных. Правильное построение теплового баланса дуги является вообще одной из важных задач дальнейшего ее изучения. [c.11] Условия гашения дуги отключения в воздушных выключателях с продольным дутьем были рассмотрены в работах [Л. 1-22, 1-23], содержащих большой теоретический и опытный материал. [c.11] Майра [Л. 1-24—1-26], предложившего теорию гашения дуги в выключателях, пользующуюся широким признанием, хотя и содержащую некоторые спорные положения. Очень ценно то, что автор обратил внимание на динамическую характеристику дуги в момент перехода тока через нуль, играющую очень большую роль в процессе гашения дуги отключения. Эти работы дали толчок большому числу исследований процессов при переходе тока дуги через нуль. [c.11] Отметим еще, что в конце сороковых и в пятидесятых годах немецкими физиками был проведен ряд теоретических и опытных исследований распределения температуры в стволе дуги [Л. 1-28—1-30 и др. ]. [c.11] Вернуться к основной статье