Физические процессы в электрической дуге. В процессе горения дуги катодное пятно имитирует электроны. В прикатодной области электроны е движутся к столбу дуги, не испытывая столкновений с атомами газа А. В этом случае считают, что они разгоняются электрическим полем до энергии ионизации и при входе в столб ионизируют газ по схеме «ионизация электронным ударом» А + е = А++2е (А+ - положительно заряженный ион). В первом приближении протяженность прикатодной области можно принять равной длине свободного пробега электронов - 10-5см, а падение напряжения на этом участке будет соответствовать потенциалу ионизации наиболее легко ионизируемого газа.
Под действием катодного напряжения из столба дуги удаляются заряженные ионы, которые бомбардируют катод, нейтрализуясь при этом. Ионы отдают энергию ионизации и кинетическую энергию, которую они приобрели в результате разгона в прикатодной области. На основе этого процесса происходят нагрев и плавление катода. Эмиссия электронов способствует охлаждению катода, так как она проходит с поглощением энергии (так называемой работы выхода). Следовательно, в прикатодной области течет смешанный электронно-ионный ток.
В прианодной области протяженностью 10-3 см течет электронный ток, направленный из плазмы столба к аноду. Электроны бомбардируют анод, отдавая энергию выхода и кинетическую энергию, приобретенную в прианодной области. Этим процессом обусловлены нагрев и плавление анода.
В столбе дуги идет процесс образования частиц - ионизация и процесс потери частиц, вызванной, во-первых, их переходом в катод и анод и, во-вторых, рекомбинацией - образованием нейтральных частиц при столкновении разноименно заряженных.
Электрическое поле служит источником энергии, которая затрачивается на ионизацию. Энергия поля в большей степени воспринимается электронами, которые, будучи разогнанными до энергии ионизации, осуществляют ионизацию электронным ударом. Электроны с меньшей энергией при столкновении с атомами и ионами либо приводят их в возбужденное состояние, либо передают нейтральным частицам часть своей энергии упругим соударением, усиливая тепловое движение частиц. Благодаря последнему явлению в плазме дуги развивается термическая ионизация как результат соударения атомов, прежде всего возбужденных.
Рекомбинация разноименно заряженных частиц и возбужденных атомов сопровождается выделением энергии в виде потока инфракрасного, видимого и ультрафиолетового излучения.
