Дугою називають тривалий електричний розряд між двома електродами в іонізованій суміші газів і парів, що характеризується високою щільністю струму і малою напругою. За короткого замикання щільність струму в точках контакту досягає великих значень і під дією теплоти, що виділяється, метал у цих точках «миттєво» розплавляється, утворюючи рідку перемичку між основним металом і електродом.

Якщо взяти кінці двох провідників, приєднаних до полюсів джерела електричної напруги, і зблизити їх майже впритул, то між кінцями провідників утворюється іскра. Внаслідок поганого контакту кінці провідників нагріватимуться, і якщо тепер розвести їх, то іскра переходить у дугу (рис. 4.3).

Електричну дугу вперше отримав російський академік Василь Петров у 1802 р. Як провідники для отримання дуги зазвичай беруть вугілля, яке не плавиться за високої температури. Температура електричної дуги може досягати 3500 °С, тож у її полум'ї плавиться більшість тугоплавких речовин.

За живлення електричної дуги постійним струмом позитивний потенціал вугілля руйнується швидше, ніж негативний, причому середина «позитивного» вугілля, швидко згораючи, утворює заглиблення (кратер). Тому за постійного струму зазвичай використовують удвічі товщий «позитивний» вугільний провідник. За змінного струму, оскільки вугілля по черзі стає «позитивним» і «негативним», беруть провідники однакової товщини. Якщо всередину вугілля помістити стрижні з солей деяких металів, то забарвлення світла дуги можна змінювати.

Під час роботи дуги кінці вугілля обгорають і відстань між ними збільшується. Щоб дуга не згасла, кінці провідників потрібно постійно зближувати. Відстань між кінцями зменшують вручну або за допомогою автоматичного регулятора.

Перші автоматичні регулятори для електричної дуги побудував російський винахідник Володимир Чиколев (1845-1898).

Для горіння дуги потрібні напруга 30-50 В і струм від десятків до декількох сотень ампер. Якщо джерело напруги, що живить електричну дугу, має завелику напругу, то надлишок напруги поглинається в додатковому опорі, що включається послідовно.

Джерелом електронів для дугового розряду є метал катодної плями, нагрітий до температури приблизно 2400 °С Під дією електричного поля починається емісія електронів у стовп дуги, де вони, іонізуючи нейтральні атоми, роблять його електропровідним. Витрати енергії на емісію електронів становлять близько 36 % усієї витраченої енергії. Падіння напруги Uк в катодній ділянці досягає 10...16 В.

Розглянемо приклади визначення електричних параметрів під час електрозварювання.

Приклад 4.4. Визначити величину додаткового опору дугового устаткування, для якого потрібні напруга 50 В і струм 12 А. Напруга джерела живлення (генератор) становить 110 В. Схему дугового устаткування зображено на рис. 4.4.

Падіння напруги на додатковому опорі дорівнюватиме:

Падіння напруги 60 В на додатковому опорі за струму 12 А можна визначити за законом Ома. Отже, таке падіння напруги може бути тоді, коли опір становитиме:

Оскільки електрична дуга має сильну яскравість і велику силу світла, її застосовують у прожекторах для освітлення предметів, розташованих на великій відстані.

Тепло, створюване електричною дугою, використовують у дугових печах для виплавки якісних сталей і фасонного сталевого лиття, а також для виплавки міді, мідних сплавів і високосортного чавуну.

Це матеріал з підручника "Електротехніка та основи електроніки" Гуржій 2020