Вольтова дуга

Вольтова дуга. В начале XIX в. знам. английский химик Дэви произвел следующий опыт. Он соединил электроды гальванической батареи, состоявшей из 2.000 элемен., с двумя угольными палочками в 1 дюйм длиною и в ¹/₆ дюйма диаметром. Когда он привел эти палочки во взаимное соприкосновение и затем медленно раздвинул их, то между угольками появилось как бы пламя, в виде необыкновенно блестящей широкой дуги, обращенной выпуклостью кверху (см. рис. 1, представляющий снимок с оригинального рисунка Дэви). То же открытие было самостоятельно сделано в 1802 г. русским физиком Петровым. В честь знаменитого изобретателя гальванич. батареи, Вольта, явление получило название В. дуги. - В настоящее время В. дуга получается обыкновенно между стержнями из искусственно приготовляемой массы, представляющей обожженную смесь порошка ретортного угля с каменноугольным дегтем. Самая дуга светится гораздо слабее, чем раскаленные концы углей; кроме того, если дуга питается постоянным током, то уголь, соединенный с положительным полюсом батареи или динамо машины, светится ярче отрицательного угля. Другое различие между углями состоит в том, что на конце положительного угля во время горения дуги образуется углубление ("кратер"), тогда как оконечность отрицательного угля заостряется (рис. 2).

Рис. 1

Рис. 2

Температура положительного угля оценена Виолем в 3.500°, отрицательного - в 2.700°, температура самой дуги, вообще, превышает эти цифры. Светящаяся поверхность положительного кратера бывает тем обширнее, чем сильнее ток, питающий дугу; но при этом замечательно то обстоятельство, что яркость этой поверхности почти не зависит от силы тока. Это заставляет думать, что и температура положительного кратера не зависит от силы тока, а определяется условиями какого-то физического процесса. По мнению многих физиков, эта температура есть просто температура кипения углерода. - Положительный уголь расходуется значительно скорее отрицательного, между прочим, вследствие того, что происходит перенос вещества с первого на второй. - Теория В. дуги основывается прежде всего на том факте, что для образования и, вообще, для существовали В. д необходимо раскаленное состояние угля, служащего отрицательным полюсом, или катодом, - от каких бы причин это раскаленное состояние ни происходило (от действия самого тока, от постороннего нагревания источником тепла, электрическою искрой и т. д.). Новейшие исследования относительно течения электричества чрез газы показали, что всякое раскаленное тело испускает отрицательные электроны, при том, тем в большем количестве, чем выше температура тела. Так. обр., отрицательный уголь В. дуги является источником вылетающих из него с огромною скоростью электронов. Попадая на находящиеся по близости газовые молекулы, эти электроны ионизируют их, т. е. разбивают на части, заряженные противоположными электричествами: в газовой атмосфере, окружающей угли, появляются положительные и отрицательные ионы. И так как они находятся в электрическом поле, то они получают импульс к движению по противоположным направлениям: положительные ионы движутся к катоду, отрицательные - к аноду. Сталкиваясь на своем пути с другими молекулами или атомами, они, в свою очередь, ионизируют их и т. д. В результате этого процесса получается настоящая бомбардировка отрицательного угля положительными ионами, положительного угля - отрицательными ионами и электронами. Бомбардировка эта повышает температуру углей; это в особенности необходимо на катоде для возможности испускания отсюда новых электронов. При таких условиях длительное существование В. д. делается обеспеченным. - Действие В. д. Опыты, произведенные г-жей Айртон, привели к основному соотношению между электрическим напряжением, силой тока и длиной дуги (в случае угольных электродов). Если e означает измеренную вольтметром разность потенциалов между углями, l - длину дуги (т. е. расстояние концов углей), i - силу тока в дуге, то оказывается, что

здесь А, В, С, D - четыре постоянных числа, зависящих от материала углей и от природы газа, окружающего дугу. Из этой формулы вытекают два главные следствия: 1) короткая дуга при значительной силе тока i требует для своего поддержания сравнительно небольших напряжений e. Напротив, для осуществления длинной дуги при малой силе тока необходимо весьма большое электрическое напряжение. 2) Как бы ни были сближены угли и как бы велика ни была сила тока, - для осуществления дуги необходима некоторая минимальная разность потенциалов (представленная в формуле членом А). - Применения В. дуги чрезвычайно важны и разнообразны. Наиболее распространенное и важное применение заключается в электрическом освещении (улиц, площадей, вокзалов, фабрик); мощность, затрачиваемая с этою целью, в настоящее время исчисляется сотнями тысяч лошадиных сил. Как источник света для маяков и прожекторов, В. д. является незаменимой. - Чрезвычайно замечательным приобретением последнего времени является ртутная дуга (получается в пустоте в стеклянной трубке между ртутными электродами). Свет ее почти лишен красных лучей, но зато чрезвычайно обилен лучами ультрафиолетовыми; заменив стеклянную оболочку дуги оболочкой кварцевой, прозрачной для ультрафиолетовых лучей, можно пользоваться такой "ртутной лампой", как прекрасным источником лучей этого рода. - Второе место после освещения в ряду применений В. д. принадлежит электрохимии и электрометаллургии. Сюда относятся т. наз. электрические печи (см. высокие температуры). Некоторые из существующих в настоящее время электрических печей потребляют до 14.000 лошадиных сил. Все современное производство алюминия и служащего для получения ацетиленного газа карбида-кальция зависит от применения электр. печей; потребляемая для этой цели мощность превышает полмиллиона лошадиных сил. Электр. печи служат также для добывания различных мало известных металлов, как хром, вольфрам, ванадий, молибден, имеющих значительное применение в стальной промышленности: будучи сплавлены с сталью, они дают возможность сообщить ей те или другие желательные свойства; это обстоятельство значительно облегчило построение легких двигателей, имеющих столь важное значение, напр., для развития воздухоплавания. Упомянем еще о приготовлении веществ, отличающихся особенно большой твердостью, как бороуглерод, карборунд и др. - Но особенно большие ожидания возлагаются в настоящее время на возможность пользоваться жаром В. д., как средством для сжигания атмосферного азота; полученные окислы, подвергаясь дальнейшей обработке, дают азотную кислоту или ее соли, служащие ценным удобрительным продуктом. Достаточное развитие этой техники могло бы в будущем обусловить радикальное изменение экономических условий существования человечества. В настоящее время эта отрасль промышленности потребляет несколько более 20.000 лошад. сил. - Третье важное применение получает В. д. в качестве весьма совершенного передатчика звуковых колебаний или преобразователя их. На этом основана ее роль в устройстве беспроволочного телефона (см. телефон).

А. Бачинский.

Источники:

1. Энциклопедический словарь Русского библиографического института Гранат. Том 11/Изд. 7.- Москва: Т-ва 'Бр. А. и И. Гранатъ и Ко' - 1911.