空气被击穿后的电阻

空气被击穿后其电阻如何变化,为此,我们首先明确伏安特性是怎么回事。要知道,伏安特性曲线与电阻变化直接相关。

1.什么是伏安特性?

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图1中黑色的电阻伏安特性曲线

有如下关系:

也就是说,电阻R就等于它的动态电阻Rd,也等于它的伏安特性曲线的斜率tanφ,并且电阻值大于零,我们把这种特性叫做正阻特性。

我们再看图1中蓝色的电弧伏安特性曲线,注意到电弧电阻Rh有如下关系:

为何如此?当然是U2小于U1了。

在我上大学读《电路分析》课程时,我的老师对同学们说,每一种元器件的伏安特性曲线都不一样,伏安特性曲线是元器件的身份证。

当电流持续增加时,我们对比电阻单调递增的伏安特性曲线,电弧具有单调递减的伏安特性曲线,故电弧是典型的负阻特性

代表。

顺便说一下,对于电压源之类的元器件,它的伏安特性曲线是水平线,故电压源具有零阻特性。注意哦,此零阻特性与超导的零阻特性毫无关系。

2.电压把空气击穿后,空气的电阻怎么变化?


看到空气被击穿后,电极间隙中的气体进入到负阻特性区域中,见下图:

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图2左图的电源E电动势从0开始往上调。阴极和阳极之间是空气,线路当然是断开的,不会出现电流。由于环境中存在宇宙射线,使得空气中存在正负离子,尽管数量极少,但当电压高到一定程度后,电流表中能看到有很小的电流。这就是图2右图伏安特性曲线的A-B段。

在一定的海拔高度,宇宙射线的数量是一定的,故A-B段尽管电压变化比较大,但电流基本固定,我们看到A- B段曲线很陡峭。如果我们设法把宇宙射线屏蔽掉,则电流就会减小甚至消失,所以A-B段又叫做非自持放电区域


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由此看到,题主提问的“空气电阻怎么变化”其实是一个过程,答案与电弧等离子体的电阻、电弧温度密切相关,与电流强度密切相关。

有发热就有散热,电弧也不例外。我们设电弧的能量是Wh,电弧的发热功率是Ph,电弧的散热功率是Ps,则电弧的能量平衡方程式为:

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式1中,如果Ph>Ps,则电弧增强;反之,如果Ph<Ps,则电弧减弱甚至熄灭消失;如果Ph=Ps,则电弧稳定燃烧。

注意到电弧的弧长。当电弧电流Ih不变时,电弧弧长越长,电弧散热功率Ps越大,电弧电阻越大,电弧电压越高,电弧温度自然也就越低。如果期望电弧能维持,就必须加大电弧电流Ih。

我们看下图:

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图4中,电弧Hb曲线的电弧弧长长于Ha曲线,另外A2点和B2点的电弧温度高于A1点和B1点,且A2点的电弧温度高于B2点。

注意5:电弧伏安特性曲线的斜率就是电弧电阻。我们看到电弧伏安特性曲线越趋向于平坦,则它的等效电阻就越小。

从图4中我们看到,在相同的电弧电流下,弧长越长电弧电压就越高,电弧电阻就越大,电弧温度也越低。由此可见,在工程上熄灭电弧的方法之一就是快速拉长电弧,并在灭弧室。





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