为什么电弧会上升？

Question

我是一名电气工程专业的大三学生，最近我们在学习断路器，教授给我们看了一段可以在图片中看到的电弧视频（对质量表示歉意）。我想知道“电弧是否真的是运动的电子”，为什么电弧没有直线运动，而是选择上升并连接。我问了讲师这个问题，但我听到的只是一些胡言乱语。然后我考虑了一下，做了一些研究，但并没有找到关于这方面的直接信息。我相信这是由洛伦兹力和暖空气上升引起的。但是，如果暖空气上升，它应该会降低顶部的空气压力。这会增加空气中粒子之间的距离，使空气更难电离，对吗？你能给我解释一下吗？或者告诉我你的想法？

Answer 1

当两个导体之间的电势达到足够的电压时，就会导致空气中的击穿，使空气电离成两个导体间的热等离子体。正是这种等离子体能够产生持续的电流，因为它的电阻比周围的空气低得多。

由于等离子体通道比周围空气温度高，它将开始上升——想想对流吧。请记住，虽然是这个等离子体在传导电流和发光，所以随着等离子体上升，电弧也会上升。

在某种程度上，与周围空气相比，等离子体的电阻仍然很低，并且仍然处于电离状态，这条路径的额外距离最初不会中断电流。在某些情况下，没有足够的热能或电势来保持电弧电离，等离子体开始分散（与周围空气混合）和重新组合（离子返回基态）。

如果导体之间仍有足够的电势，将形成新的电弧，并重复该过程。一个很好的例子是雅各布斯梯（移动弧）在本例中，洛伦兹力实际上不是电弧上升的驱动因素-例如这个答案链接到一段颠倒的雅各布斯梯子视频，如果磁力占主导地位，电弧将不再沿着梯子移动。

Answer 2

与大气相比，电弧被加热了很多。就像热气球一样，电弧的密度低于周围空气，因此电弧会上升。

如图所示，一个巨大的高能电弧会产生大量热量，因此会产生大量的旋转对流，将等离子体搅动成随机形状。较小的弧线（如雅各布的梯子）不会有太多的热量或空间，因此会更加有规律地上升，而不会产生漩涡。

Answer 3

但如果暖空气上升，应该会降低顶部。这将增加粒子之间的距离让空气更难电离，对吗？

等离子体也有很小的电阻，但你可以通过大电流在等离子体中加热。等离子体被加热，电弧维持等离子体，这个过程一直持续到等离子体被空气挤压，电弧熄灭。因此，实际上是等离子体的自加热使电弧继续，加热的空气上升，洛伦兹力也将其向上推动。