學點電器知識——電器的電弧之2

為了我們往下繼續探討電器的電弧問題，我們先來弄清楚電阻、零電阻和負電阻的問題。這樣做是必要的，因為電弧具有負阻特性。

電阻，它來源於歐姆定律，也即： 。在這裡，R是電阻，U是電壓，I是電流。

我們來看下圖：

先看1圖：

1圖中，隨著電壓增加，電流也增加。我們發現有如下特性存在：

事實上，1圖伏安特性曲線就是一條單調遞增且經過原點的直線。

這斜線所代表的就是尋常所見的電阻。

我們再看2圖：

2圖中，我們發現伏安特性曲線是一條真正的單調遞增的曲線，因此它在原點處切線的斜率與中間某處切線的斜率不相等，且電流越大，斜率越接近零，但不會等於零。

當電流 時，有： ；

當電流 時，有： ，

並且 。

顯然，2圖的電阻與1圖的電阻不一樣。我們把2圖的電阻叫做動態電阻，並注意到2圖中的動態電阻均大於零。

再看3圖：

3圖區別於1圖和2圖的是，曲線是單調下降的。

因此有： ，也就是說3圖的動態電阻小於零，曲線具有負阻特性。

類似地，4圖也具有負阻特性。

4圖就是電弧的伏安特性曲線。

為何電弧具有負阻特性？我們來仔細探討一番。我們再看看《學點電器知識——電器的電弧之1》的圖1，如下：

注意看圖1的右圖，圖中C-D-E-F曲線中，E-F就是電弧放電曲線。注意到電弧電流越大，電弧的溫度就越高，電弧內部帶電氣體運動更加強烈，導電性也就越強，電弧電阻就越低，從而電弧電壓也就越低。這也是電弧具有負阻特性的原因。

那麼開關電器的觸頭開斷後形成的電弧，與氣體放電管內的電弧有何不同？

氣體放電管內，電極間隙是不變的，氣體擊穿首先要突破湯遜放電區域，再經過火花放電和刷狀放電，最後進入電弧放電區域。

開關電器的觸頭不同。當觸頭開斷時，觸頭接觸點越來越少，最後集中在一個點，電流極大地集中，使得觸頭金屬迅速發熱熔化甚至氣化，由此產生了金屬蒸汽。當觸頭斷開瞬間，觸頭間隙中的電場強度很大，金屬蒸汽首先被電離，電離後的離子撞擊陰極和陽極，使得陰極保持高溫，於是陰極繼續發射電子；在間隙空間中，離子撞擊中性氣體粒子，使得後者電離，產生電場電離，溫度也越來越高。最後，間隙氣體被擊穿，電弧出現。

可見，電器觸頭間電弧引發的原因是金屬蒸汽。

下一講我們來看看電器電弧有哪些特性？還有電弧的作用，滅弧產生過電壓的原因和滅弧方法。