學點電器知識——電器的電弧之1

從事於電氣行業的人，對普通電工測電筆不陌生，但測電筆的工作原理是什麼卻不一定說得清。本篇文章就從測電筆的原理開始。

我們看下圖：

在上圖中，我們看到測電筆內部有一個氖泡，並串有一隻大約為300千歐的電阻。人體電阻Rr一般為1千歐，而人體穿著的鞋子其等效電阻Rd一般為200千歐。當測電筆接觸到電源的相線後，電壓通過測電筆、人體、鞋子和地構成迴路。相線的電壓峰值是，忽略掉人體電阻，氖泡的輝光壓降是30V，流過的電流大約在0.5毫安左右。這個電流就是氖泡的輝光點燃電流。

對於開關電器來說，它的觸頭間一般是空氣絕緣的，如果電壓足夠高，觸頭氣隙間的空氣完全可能象測電筆氖泡一樣被擊穿，產生輝光放電，甚至出現電弧。事實上，當觸頭開斷時，弧隙本身就會產生電弧。

我的問題是：電弧到底是什麼？它產生的原因是什麼？熄滅的原因又是什麼？電弧與開關電器有何關係？

以下我們用若干篇幅來探討這個問題。

我們來看圖1:

圖1中我們調節電阻R的阻值，使得陽極與陰極之間的電壓可調。我們看到，電路事實上是斷開的，電流表應當沒有電流，但在起始階段的AB區域，我們觀察到很微小的電流，並且電流基本恆定。這是為什麼？

道理很簡單：必定在電極間隙間出現了導致空氣放電的因素，這個因素就是宇宙射線。宇宙射線衝擊了間隙中的空氣分子，使得很少的氣體出現電離，電離後的空氣正負離子向陰極和陽極運動，由此出現極微小的電流。

由於宇宙射線的數量近乎恆定，我們發現，儘管我們慢慢地調高了電壓，但電流基本不變。

我們繼續提高電壓，這時在BC區會出現一個現象，叫做電場電離。

電場電離：我們知道，兩極的材料是金屬，而金屬中存在自由電子。自由電子在電場的作用下逸出，並被電場加速撞擊陽極。

同時，電子在高速運動時，會撞擊間隙中的中性分子，並使之電離。這種電離就叫做電場電離。

電場電離產生的正離子會撞擊陰極，併產生二次發射。二次發射的電子進入間隙中引起電場電離，所以隨著U的增加，I增長得很快。

注意，不管是AB段也好，是BC段也好，只要引起電子發射的條件發生改變，則空氣的電離立刻就消退減弱，甚至消失，所以把0-A-B-C段叫做非自持放電的氣體電離區。

當電壓Uh增長到C點時，由電極的場致發射和二次發射產生的電子數量足夠多，即使把外加的電離因素去除，空氣的電離也能維持。我們把C點的電壓Uc叫做擊穿電壓。

我們繼續加大電壓。在DE區，氣體放電呈現輝光特徵。輝光放電時，放電氣體充滿整個空間，氣體壓降在幾十伏到幾百伏，電流在，溫度不太高。

氖泡中的放電和日光燈燈管中的放電都屬於輝光放電。

在EF區，叫做弧光放電。間隙中出現電弧，溫度在6000K以上，放電通道會有明顯的邊界，電流可達，壓降只有幾十伏，電離方式為熱電離。

下圖中哪些是輝光放電？哪些是弧光放電？

電弧放電與開關電器的關係極其密切。這一篇先講基礎，兩者之間的關係且待下回分解。

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評論區問題回答：

1.如何判斷輝光放電和弧光放電？

回答：

輝光放電的特徵是它充滿整個放電空間，沒有明確的邊界，且溫度較低；弧光放電的特徵是存在明確的邊界且直徑較小，溫度極高。

因此，1圖是輝光放電，2圖日光燈是典型的輝光放電；3圖也屬於輝光放電，因為它充滿整個球內空間；4圖是弧光放電，是大自然的雷電弧光。