Elektrische Bögen zwischen Stromleitung und Stromabnehmern eines elektrischen Zuges nach Vereisung der Oberleitung
Elektrizität bögen zwischen der Stromschiene und dem elektrischen Pickup „Schuh“ in einer Londoner U-Bahn
Ein Lichtbogen ist die Form der elektrischen Entladung mit der höchsten Stromdichte. Der maximale Strom durch einen Lichtbogen wird nur durch den externen Stromkreis begrenzt, nicht durch den Lichtbogen selbst.,
Ein Lichtbogen zwischen zwei Elektroden kann durch Ionisierung und Glühentladung ausgelöst werden, wenn der Strom durch die Elektroden erhöht wird. Die Durchbruchspannung des Elektrodenspaltes ist eine kombinierte Funktion des Drucks, des Abstands zwischen den Elektroden und der Art des die Elektroden umgebenden Gases. Wenn ein Lichtbogen startet, ist seine Klemmenspannung viel geringer als eine Glühentladung und der Strom ist höher. Ein Lichtbogen in Gasen in der Nähe des Atmosphärendrucks zeichnet sich durch sichtbare Lichtemission, hohe Stromdichte und hohe Temperatur aus., Ein Lichtbogen unterscheidet sich von einer Glühentladung teilweise durch die ähnlichen Temperaturen der Elektronen und der positiven Ionen; Bei einer Glühentladung sind die Ionen viel kälter als die Elektronen.
Ein gezogener Lichtbogen kann von zwei Elektroden initiiert werden, die zunächst in Kontakt stehen und auseinander gezogen werden; dies kann einen Lichtbogen ohne die Hochspannungsglühentladung auslösen. Auf diese Weise beginnt ein Schweißer, eine Verbindung zu schweißen, indem er kurzzeitig die Schweißelektrode gegen das Werkstück berührt und sie dann zurückzieht, bis sich ein stabiler Lichtbogen bildet., Ein weiteres Beispiel ist die Trennung elektrischer Kontakte in Schaltern, Relais oder Leistungsschaltern; In hochenergetischen Schaltungen kann eine Lichtbogenunterdrückung erforderlich sein, um eine Beschädigung der Kontakte zu verhindern.
Der elektrische Widerstand entlang des kontinuierlichen Lichtbogens erzeugt Wärme, die mehr Gasmoleküle ionisiert (wobei der Ionisationsgrad durch die Temperatur bestimmt wird) und gemäß dieser Reihenfolge: Fest-Flüssig-Gas-Plasma; Das Gas wird allmählich in ein thermisches Plasma umgewandelt. Ein thermisches Plasma befindet sich im thermischen Gleichgewicht; Die Temperatur ist in den Atomen, Molekülen, Ionen und Elektronen relativ homogen., Die den Elektronen zugeführte Energie wird durch elastische Kollisionen aufgrund ihrer großen Beweglichkeit und großen Anzahl schnell auf die schwereren Teilchen verteilt.
Strom im Lichtbogen wird durch thermionische Emission und Feldemission von Elektronen an der Kathode aufrechterhalten. Der Strom kann an einem sehr kleinen Hotspot an der Kathode konzentriert werden; Stromdichten in der Größenordnung von einer Million Ampere pro Quadratzentimeter können gefunden werden. Im Gegensatz zu einer Glühentladung hat ein Lichtbogen wenig erkennbare Struktur, da die positive Säule ziemlich hell ist und sich fast bis zu den Elektroden an beiden Enden erstreckt., Der Kathodenabfall und der Anodenabfall von wenigen Volt treten innerhalb eines Bruchteils eines Millimeters jeder Elektrode auf. Die positive Säule hat einen niedrigeren Spannungsgradienten und kann in sehr kurzen Bögen fehlen.
Ein niederfrequenter (weniger als 100 Hz) Wechselstrombogen ähnelt einem Gleichstrombogen; Bei jedem Zyklus wird der Lichtbogen durch Durchbruch ausgelöst, und die Elektroden tauschen Rollen als Anode oder Kathode aus, wenn sich der Strom umkehrt., Wenn die Frequenz des Stroms zunimmt, gibt es nicht genug Zeit für alle Ionisation auf jedem Halbzyklus zu zerstreuen, und der Zusammenbruch wird nicht mehr benötigt, um den Lichtbogen aufrechtzuerhalten; die Spannung vs. Stromcharakteristik wird fast ohmsch.
Lichtbogen zwischen den Adern.
Die verschiedenen Formen von elektrischen Bögen sind emergente Eigenschaften von nichtlinearen Mustern von Strom und elektrischem Feld., Der Lichtbogen tritt im gasgefüllten Raum zwischen zwei leitenden Elektroden (häufig aus Wolfram oder Kohlenstoff) auf und führt zu einer sehr hohen Temperatur, die die meisten Materialien schmelzen oder verdampfen kann. Ein Lichtbogen ist eine kontinuierliche Entladung, während die ähnliche elektrische Funkenentladung kurzzeitig ist. Ein Lichtbogen kann entweder in Gleichstromkreisen oder in Wechselstromkreisen auftreten. Im letzteren Fall kann der Lichtbogen bei jedem halben Zyklus des Stroms erneut auftreffen., Ein Lichtbogen unterscheidet sich von einer Glühentladung dadurch, dass die Stromdichte ziemlich hoch ist und der Spannungsabfall innerhalb des Lichtbogens niedrig ist; An der Kathode kann die Stromdichte bis zu einem Megaampere pro Quadratzentimeter betragen.
Ein Lichtbogen hat eine nichtlineare Beziehung zwischen Strom und Spannung. Sobald der Lichtbogen hergestellt ist (entweder durch Fortschreiten einer Glühentladung oder durch vorübergehendes Berühren der Elektroden und anschließendes Trennen), führt ein erhöhter Strom zu einer niedrigeren Spannung zwischen den Lichtbogenklemmen., Dieser negative Widerstandseffekt erfordert, dass eine positive Form der Impedanz (als elektrisches Vorschaltgerät) in der Schaltung platziert wird, um einen stabilen Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Diese Eigenschaft ist der Grund, warum unkontrollierte elektrische Bögen in Geräten so destruktiv werden, da ein Lichtbogen nach dem Initiieren immer mehr Strom von einer Festspannungsversorgung zieht, bis die Vorrichtung zerstört ist.