Ark Fiziği

0

ARK FĠZĠĞĠ

Prof. Dr. Süleyman KARADENİZ

İstabul – 2009

1 I. ELEKTRĠK ARKI Kaynak makinalarının, iyi (mümkün olduğunca kaliteli ve ucuz) bir kaynak işlemi için bazı özelliklere sahip olmaları gereklidir. Bu özellikleri gerektiren aslında kaynak işlemi mekanizmasının esasını teşkil eden elektrik arkıdır. Bu nedenle kaynak makinalarını kavrayabilmek ve bu makinaların kaynak işlemi ile bağlantısını kurabilmek için elektrik arkını tanımak gerekir. 1.1. Elektrik Arkı Bir gerilim kaynağı gaz içinde bulunan iki iletken plaka arasına bağlanırsa, belirli şartlar gerçekleştiği takdirde, bu iki plaka arasında bir elektrik boşalması olur ve bu boşalmada bir elektrik akımı akar. Burada akan akımın büyüklüğüne göre ortaya çıkan sistemler sınıflandırılmıştır. Tüm gaz boşalma bölgeleri ve bu arada elektrik arkı boşalma bölgesi ile bu bölgelere ait karakteristikler akım ve gerilim değerlerine bağlı olarak Şekil 1'de görülmektedir.

Şekil 1. Gaz boşalmaları tipleri ve bölgelerinin akım-gerilim karakteristikleri (Rieder’e göre) Eğer elektrik boşalmasında akan akımın şiddeti 10 Amperden büyük ise elde edilen sistem elektrik arkı adını alır. Elektrik arkının prensibi tabiatta gerçekleşen yıldırımdaki durumla aynı olup, bu durum Şekil 2’de resmedilmiştir. Ayrıca Şekil 3’de elektrik arkı boşalmasının şematik akım-gerilim karakteristikleri Conn’a göre verilmiştir.

2

Şekil 2. Elektrik arkının tabiattaki görünümü (yıldırım) ve yıldırımda akımı oluşturan elektrik yüklerinin akışı

Şekil 3. Elektrik arkı boşalmasının şematik akım-gerilim karakteristikleri (Conn’a göre). W: Volfram, C: Karbon Bir gaz içindeki parçacıklar (atom ve moleküller) sürekli hareket halindedir ve bunların sabit bir hız ve yönleri olmayıp, hız ve yönleri sürekli değişir. Dolayısıyla bu hareketlerin hızı ve yönü istatistik kanunlarına göre belirlenir. Bu nedenle bir gaz içerisindeki bir parçacığın ancak ortalama hızından bahsedilebilir. Bir gaz içerisindeki bir parçacığın ortalama hızı ve gazın sıcaklığı arasında şöyle bir bağıntı vardır. 1 3 2 mVort  k .T  W 2 2

3 Burada; k= 1,38.10-23

WS (Bo1tzmann Sabiti) K

m= Parçacığın kütlesi T= Gazın sıcaklığı W= Parçacığın enerjisi Yukarıdaki eşitlikten parçacığın ortalama hızı v= 3

kT olarak bulunur. Azot gazı için: m

miyon = 48.10-24 gr (bir elektron kaybetmiş bir azot iyonu için) ve melektron = 9.10-28 gr. dır. Elektronun kütlesi iyonunkine nazaran çok küçüktür. Bu nedenle hızları da çok farklıdır. Bir elektron ile bir iyonun gaz içerisindeki ortalama hızları oranı (gaz partiküllerinin sabit hızı olmadığından gaz partiküllerinde ortalama hızdan bahsedilebilir)

Vel = 100......1000 dır. Viyon Ayrıca elektronlar ile iyonların ortalama serbest yol uzunlukları (λ) da farklı olup, λel > λiyon dur. Normal halde gazlar yalıtkandır. Ancak gaz iyonize edilirse (plazma konumuna geçirilirse) iletken olur. Elektrik arkında da iki kutup arasındaki gaz iyonize olduktan sonra akım akar ve ark ortaya çıkar. Bir atomun iyonize olması demek çekirdeğin etrafındaki elektronlardan en az birini kaybedip, pozitif yüklü hale gelmesi demektir. Bunun için atoma, toplam olarak o atomun iyonizasyon enerjisinden daha büyük bir enerji vermek gerekir.

Şekil 4. Elektrik arkı mekanizmasının şematik gösterilişi ve ark gerilim düşümleri. a) Elektrik arkı prensibi b) Elektrik arkı gerilim düşümleri

4

Bir elektrik arkında artı kutuba anod, eksi kutuba katod adı verilir Şekil 4. Burada anod-katod arasına tatbik edilen elektriki gerilimin oluşturduğu elektrik alanı önce elektrik alan emisyonu ile katodtan elektron çıkarır, elektron emisyonu sağlar. Serbest hale gelen katod önündeki elektronlara anod-katod arasındaki ve anod-katod yönündeki elektrik alan şiddeti E   , Fel  e.E kuvveti etki ettirir. Bu kuvvet anod-katod yönündeki alan yönüne terstir ve katod-anod yönündedir. Dolayısıyla elektronlar katodtan anoda doğru giderler. Bu hareket sırasında elektronlar katod-anod arasındaki gaz atomlarına çarpıp, onları çarpışma yolu ile iyonize ederler (Çarpışma iyonizasyonu). Bu sayede anod-katod arasında eksi yüklü elektronların yanında artı yüklü iyonlar da oluşur. Oluşan tüm elektronlar alan kuvveti ile   anoda doğru, iyonlar ise Fi  e.E kuvveti sonucu katoda doğru hareket ederler. Elektronların anoda, iyonların katoda çarpmaları sonucu bu yüklü parçacıklar çarptıkları kütlelerden mekanik olarak elektron ve iyon çıkarırlar (Mekanik emisyon). Ayrıca bu arada elektron ve iyonların çarpması sonucu anod ve katodta ısı enerjisi de açığa çıkar, anod ve katod ısınarak, anod ve katodtan ısı enerjisi ile elektron ve iyon çıkar (Isı enerjisi emisyonu). Bu arada oluşan ışın enerjisi de anod ve katodtan elektron ve iyon çıkarır (Işın emisyonu). Sonuçta başlangıçtan itibaren arka arkaya devreye giren dört emisyon (alan emisyonu, mekanik emisyon, ısı emisyonu, ışın emisyonu) ve çarpışma iyonizasyonu mekanizmalarının oluşturduğu (+) ve (-) yüklü parçacıkların hareketi sonucu (elektrik akımı, elektrik yüklü parçacık transportu olduğundan) ortaya çıkan elektrik akımı elektrik arkını oluşturur. Elektrik arkı kendi kendini idame ettirebilen (kendi kendine yanan) bir elektrik boşalmasıdır. Bu tür bir elektrik boşalmasının oluşabilmesi için iki şart vardır. a. Gaz ortamlarının çarpışma ile iyonizasyonu, b. Pozitif iyonların katoda gelip çarptıklarında katoddan elektronların çıkması (elektron emisyonu) gerekir. Çarpışma iyonizasyonu için gerekli şart ise; λ.│E│≥ Ui dir. λ: Serbest yol uzunluğu [ark (veya bir gaz) içerisinde bir parçacığın diğer bir parçacığa çarpmadan katedebildiği yoldur] E : Ark içindeki elektrik alanı şiddeti Ui : İyonizasyon gerilimi Kendi kendini idame ettirebilen bir elektrik boşalmasının stabil olabilmesi için katoddan çıkan bir elektron anoda giderken yolda çarpışma ile o kadar çok iyon ortaya çıkarmalıdır ki, bunlardan en az biri katoda geldiği zaman katoddan bir elektron çıkarabilsin. Ġyonizasyon gerilimi Ui öyle bir gerilimdir ki, bir elektronun bir atomu iyonize edebilmesi için gerekli kinetik enerjiyi [(e.Ui), ki bu iyonizasyon enerjisine eşittir] alana kadar bu gerilimi (yolu) katetmesi gerekir. Her elementin ayrı kendine özgü bir iyonizasyon enerjisi vardır. Bazı elementlere ait iyonizasyon enerjileri Tablo 1’ de verilmiştir.

5 Tablo 1. Bazı elementlere ait disosyasyon ve iyonizasyon enerjileri Element

Disasyasyon Enerjisi Ed (eV)

İyonizasyon Enerjisi Ed (eV)

CO2

4,3

14,4

H2

4,476

13,59

O2

5,08

13,61

N2

9,764

14,54

Ar

15,76

He

24,58

K

4,34

Na

5,14

Li

5,39

Al

5,98

Ca

6,11

Mg

7,6

Cu

7,67

Fe

7,83

F

17,5

İyonize olmuş bir gazdaki (plazma) akım yoğunluğu, konveksiyon akımı için verilenle aynı olup, aşağıdaki şekildedir. S   nk .q k .VD,k

burada

k

S = Toplam akım yoğunluğu (A/m2) n= Yüklü parçacık yoğunluğu (m-3) VD= Alan doğrultusundaki ortalama parçacık hızı (m/s) q = Hareketli parçacıkların yükü (Coulomb)

q  i.t (A x s= Coulomb) Plazma içerisinde akımın oluşumu (akışı), hem elektronlar iyonların ( q2  e ) transportu sayesinde sağlanır.

( q1  e ) ve hem de pozitif

Plazma dış ortama karşı elektriki olarak nötrdür. Yani pozitif yüklerin (ni) ve negatif yüklerin (ne) sayısı eşittir. ne= ni = n

o halde



S  en VD  VD VD = b.E





veya

(b: hareketlilik, E: Elektrik alan şiddeti) den akım yoğunluğu için



S  en b   b  .E yazılabilir.

6

Elektronun kütlesi bir iyona nazaran çok küçüktür. Bundan dolayı elektronların elektrik alanı içindeki hızı iyonlara göre çok fazladır. V-»V+; ve b+«b-. Zira bir elektrona ve bir elektron     kaybetmiş iyona etki eden kuvvet ( Fel  e.E, Fi  e.E ) aynıdır, sadece yönleri terstir. Bu nedenle hızlar da kütlelerle ters orantılı olacaktır. Bunun sonucu anoda ulaşan elektron miktarı, katoda ulaşan iyon miktarına göre çok çok fazladır. Ayrıca bir elektron ile bir elektron kaybetmiş iyonun oluşturduğu elektriki akım da aynıdır. Yüklü parçacıkların (iyon,elektron) hareketi de elektrik akımından başka bir şey olmadığından, elektrik arkında akan akımın hemen hemen hepsi elektronlar yoluyla oluşturulur. İhmal edilebilecek kadar küçük bir kısmı iyonlar yoluyla oluşturulur. Bu nedenle elektrik arkı (kaynak arkı) mekanizmasını incelerken bazı özel durumlar dışında sadece elektronları gözönünde tutup, iyonları ihmal edeceğiz. Elektronların serbest yol uzunluklarının iyonlara göre yüksek olması ve kütlelerinin de iyonlara göre küçük olması nedeni ile elektronların herhangi bir partiküle çarpmadan önce veya elektronların anoda çarpmadan önceki hızları, iyonların herhangi bir partiküle veya katoda çarpmadan önceki hızlarına göre çok yüksektir, dolayısıyla elektronların kinetik enerjileri çok yüksektir. Zira kinetik enerji, hızın karesi ile orantılıdır. 1 Yani E K  m.V 2 dir (m= kütle, V=hız). Dolayısıyla elektronların çarpmada çarptıkları 2 kütleye verdikleri (aktardıkları) enerji, iyonların bir kütleye çarptıklarında kütleye aktardıkları enerjiye göre daha büyüktür. Kaynak arkında elektronlar anoda gidip çarparlar. Bu çarpmada kinetik enerjilerinin çarpmanın cinsine göre bir kısmını (elastik çarpma hali) veya tamamını (plastik çarpma hali) anoda verirler. Anoda verilen bu enerjinin bir kısmı ısıya dönüşür ve kaynakta (elektrod veya iş parçasında) ergimeyi sağlar, bir kısmı da anodtan elektron, iyon ve nötral atom koparır. Buradan kopan elektronlara ark içerisinde anoda doğru bir kuvvet (F= -q. E ) etkidiği için bunlar anoda geri dönerler, geri dönerken yön değiştirdiklerinden zaman kaybederler, yani anod önünde oyalanırlar. Bu zaman kaybı sonucu anod önünde elektron toplanması olur. Anodtan çıkan iyonlara etkiyen kuvvet, katoda doğru olduğundan (F= +q. E ) iyonlar katoda doğru (anodtan çıktıkları yönde) yollarına devam ederler. Aynı şekilde katoda gelip çarpan iyonlar çarpmanın elastik veya plastik olmasına göre, enerjilerinin tamamını veya bir kısmını katoda verirler. Katoda verilen bu enerjinin bir kısmı ısıya dönüşüp kaynakta (elektrod veya iş parçasında) ergimeyi sağlarken, bir kısmı da katodtan elektron, iyon ve atom çıkarır. Buradan çıkan elektronlara etkiyen kuvvet anoda doğru (F=-q. E ) olduğundan, bu elektronlar katodtan çıktıkları doğrultuda anoda doğru yollarına devam ederken, katodtan çıkan iyonlara etkiyen kuvvet katoda doğru (F=+q. E ) olduğundan, katoda geri dönerler ve geri dönüş sırasında yön değiştirdikleri için katod önünde zaman kaybederler (oyalanırlar), dolayısıyla burada iyon birikmesi olur. Bir elektrik arkında anod önünde elektronlar, katod önünde iyonların birikmesi bu bölgelerde elektrik alanını büyütür. Zira arkta anoda ulaşmak isteyen elektronlar anod önünde hemcinsleri (elektron bulutu) ile karşılaşırlar ve hareketleri zorlaşır (hemcinsler birbirini iterler), yollarını uzatırlar, katoda ulaşmak isteyen iyonlar da katod önünde hemcinsleri ile karşılaşırlar ve hareketleri zorlaşır (hemcinsler birbirini iterler), yollarını 1 l uzatırlar. Yol uzaması da elektrik direncini arttırır ( R  ), direnç artışı da U  R.I den  S gerilim artışına neden olur. Böylece bir elektrik arkı, ark boyunca elektrik alanı yönünden (elektrik alanı farklı) üç bölgeye ayrılır Şekil 4.

7 1. Anod bölgesi 2. Katod bölgesi 3. Plazma bölgesi Bu bölgelere ait gerilim düşümlerini UA, UK, ve UP, ile gösterirsek. Bu gerilimlerin toplamı ark gerilimine eşittir. U= UA + UK + UP Burada UK > UA dır. Zira hem hareketlilikleri düşük olan iyonların katod önünde birikme miktarları fazladır ve hem de katoda iyonların taşıdığı enerji miktarı küçüktür, dolayısıyla katodda ark bir leke (buna katod lekesi denir) şeklindedir ve kesiti küçüktür. Buna karşılık ark, anodda elektronların taşıdığı enerjinin yüksek olması dolayısıyla bir krater oluşturur ve kesiti büyüktür. Kesit küçük olunca direnç (R) büyük olur. Direnç büyük olunca Ohm kanununa göre sabit ark akımında (I) arkın katod bölgesindeki (önünde) gerilim (UK) büyük olur. Yani UK= I.R den I= sabit ise, R büyük olunca U da Büyük olur. Elektronların anoda geldikleri zamanki kinetik enerjileri iyonların katoda geldiklerindeki kinetik enerjilerine göre daha büyük olduğundan, anoda verilen bu büyük enerji nedeniyle anoddaki sıcaklık katoda göre daha yüksek olur. Bunun sonucu olarak yanma katodda bir leke halinde olmasına karşın, anodda bir krater şeklindedir. 1.2. Plazma Plazma bölgesinde maddenin dördüncü hali olan plazma bulunur. Plazma, elektron, iyon, nötral atom, foton, uyarılmış atom ve moleküllerin karışımıdır. Plazmadaki parçacıkların (elektron, iyon, atom) miktarı Eggert-Saha denklemi yardımı ile hesaplanabilir. 3 2

ni .ne 2.Zi (2. .me .T )  E  . . exp   3 na Za h  kT  ne, ni, na: Elektron, iyon ve Atomların cm3 deki adedi. Zi, Za

: İyon ve Atomların durum toplamı

T

: Plazma sıcaklığı

k

: Boltzmann sabiti

me

: Elektronun kütlesi

h

: Planck Sabiti

E

: Atomun iyonizasyon enerjisi

Şekil 5'de Azot ve Argon plazması içindeki parçacık yüzdeleri sıcaklığa bağlı olarak verilmiştir.

8

Şekil 5. Argon ve Azot plazmasında relatif parçacık sayısının sıcaklıkla değişimi a. Azot plazması;

b. Argon plazması.

Plazmanın kendine has özellikleri vardır. a) Plazmaya elektrik ve manyetik alanla etki edilebilir. Elektrik ve manyetik alan içerisindeki bir yüklü paçacığa etkiyen kuvvet, F  q.E  q.(V XB ) olarak verilir. Burada

q. E elektrik alanının yüklü parçacığa etki ettirdiği kuvvet olup, bu kuvvet, yüklü parçacıkları anod-katod arasında hareket ettiren, ark akımını oluşturan kuvvettir ve kaynak arkının stabilitesine büyük bir etkisi yoktur. Bu nedenle bunu ihmal edeceğiz. q ( V XB ) ise, B indüksiyonuna sahip bir manyetik alan içerisindeki V hızına sahip bir q yüküne etkiyen kuvvet olup, bu, Lorentz kuvveti olarak bilinir. Lorentz Kuvveti, daima hız yönüne diktir. Bu nedenle elektrik alanının aksine magnetik alan yüklü parçacığın enerjisine etki etmez. Sadece yüklü parçacığın hızının yönünü değiştirir. Hızın büyüklüğüne bir etkisi olmaz. Şekil 6'da negatif yüke sahip bir parçacık (elektron) ve pozitif yüke sahip bir parçacık (iyon) üzerine etkiyen Lorentz kuvvetleri Fel = -e ( V XB ) ve Fi = + e ( V XB ) görülmektedir. Magnetik alanın iyona (+e yüküne) etki ettirdiği Lorentz kuvveti ( Fi ), elektrona etki ettirdiği kuvvetin (Fel) ters yönündedir. Şekil 7’de plazma çevresindeki (içinde de olabilir) bir elektron (negatif

9 yük=N) ve bir iyona (pozitif yük=P) plazmanın kendi elektrik akımından dolayı oluşan magnetik alanın etki ettirdiği kuvvetler görülmekte olup, bu kuvvetler plazmanın merkezine doğrudur. Dolayısıyla bu kuvvetler plazmayı magnetik olarak dıştan içe doğru çepeçevre sıkıştırırlar ve plazmanın stabilitesini (sürekliliğini) arttırırlar. Elektrik alanı ve magnetik alan elektrik yüklü parçacıklara kuvvet etki ettirmektedir. Plazma da elektrik yüklü parçacıklardan oluştuğuna göre, plazmayı oluşturan yüklü parçacıklara etki etmek plazmanın kendisine etki etmek demektir. Bu nedenle plazmaya dışardan (yabancı) elektrik ve magnetik alan etki ettirilerek, plazma istenilen şekle sokulabilir. Zira elektrik alanı ve magnetik alan kuvvetlerinin yönünü ve büyüklüğünü elektrik alanının oluşturulduğu kondansatör ve magnetik alanın oluşturulduğu bobinlerle ayarlamak mümkündür.

Şekil 6. Magnetik alan içerisinde hareketli bir elektrona ve iyona etkiyen Lorentz kuvveti

Şekil 7. Plazmanın kendi magnetik alanının plazma içindeki bir elektrona (N : negatif yük) ve bir iyona (P : pozitif yük) etki ettirdiği Lorentz kuvveti ve bu sayede oluşan plazmanın kendi kendini sıkıştırması

10 b) Plazma, yüksek sıcaklığa sahip olup, sıcaklığı eksenden radyal yönde dışa doğru hızla azalır. Plazma içindeki yüklü parçacıklardan (elektron ve iyonlar) her biri, bir enerjiciktir. Bu yüklü parçacıkların plazma içindeki yoğunluğu yüksek olduğu için, bunların oluşturduğu enerji yoğunluğu ve sıcaklık da yüksektir. Plazmada enerji transferi yapan yüklü parçacıklar anod-katod doğrultusunda hareket ettikleri için bu doğrultuda ısı transferi yaparlar, bunların radyal yönde bir hareketi olmadığından plazmada radyal yönde bir enerji (ısı enerjisi) transferi de olmaz, dolayısıyla plazmada radyal yönde (içten dışa doğru) sıcaklık gradyenti (sıcaklık düşümü) yüksektir. Örneğin TIG kaynağı plazmasının merkezinde 22.000OK üzerinde sıcaklık varken, dış kabuğunda yaklaşık 100OC civarında sıcaklık vardır. Bu özellik plazma enerjisinin plazmada tutulabilmesini sağlar. Bazı plazmalardaki sıcaklıklar, örneğin elektrik ark kaynağı arkındaki plazmada 5500OK, TIG kaynağı arkındaki plazmada 22000OK ve çekirdek füzyonu generatörü içindeki plazmada 200 milyon Kelvin’in üzerindedir /20/. c) Plazma, iyi bir elektrik ve ısı iletkenidir. İletkenlerde elektrik ve ısıyı, yüklü parçacıklar iletmektedir. Katı iletkenlerde elektriği küçük kuvvetle de olsa atom çekirdeğine bağlı, atomun en dışındaki valans elektronları iletir. Plazma, plazma içinde serbest halde bulunan yüklü parçacıklardan oluşmaktadır. Dolayısıyla ısı ve elektriği normal katı iletkenlerden daha da iyi iletir. d) Plazma, dış ortama karşı elektriki olarak nötrdür. Plazmanın orijini (kaynağı, başlangıcı) nötr atom ve moleküllerdir. Bu nötr partiküllerde pozitif ve negatif yük adedi eşit olduğundan bunlardan oluşan plazmada da pozitif ve negatif yük sayısı eşittir. Yani plazma içerisindeki negatif ve pozitif yüklerin sayısı eşittir. e) Plazma, magnetik ve termik olarak dışardan içeri doğru sıkıştırılıp, plazmanın enerji yoğunluğu ve sıcaklığı sınırsız olarak arttırılabilir. Plazma dışardan çepeçevre her yönden eşit şekilde soğutularak, plazmanın dış kısmı gaz konumuna geçirilebilir. Dolayısıyla termik olarak sıkıştırılıp, kesiti küçültülebilir. Ayrıca plazmaya dıştan içe doğru çepeçevre her yönden eşit şekilde Lorentz kuvveti etki ettirilerek, plazmayı oluşturan yüklü parçacıklar plazma içine itilerek, plazma kesiti magnetik olarak küçültülebilir. Plazma kesiti küçülürse, plazmadaki yüklü parçacık yoğunluğu, enerji yoğunluğu ve sıcaklığı, dolayısıyla stabilitesi (sürekliliği) artar. Plazma dışardan çepeçevre ne kadar şiddetli soğutulursa veya dışardan magnetik alanla çepeçevre ne kadar şiddetli magnetik alan etki ettirilirse, plazmanın kesiti o kadar fazla küçülür, enerji yoğunluğu ve sıcaklığı o kadar fazla artar. Bunun bir sınırı yoktur. f) Plazma içerisinde disosyasyon, iyonizasyon ve bu olayların tersi olan rekombinasyon olayları sürekli meydana gelir. Plazmanın sabit güçte yanması (sürekliliğini muhafaza etmesi) için plazma içinde gerçekleşen disosyasyon ve iyonizasyon toplamı sürekli olarak rekombinasyona eşit olmalıdır. Aksi takdirde, eğer disasyasyon ve iyonizasyon toplamı, bunların tersi olan rekombinasyondan fazla ise plazmanın gücü gittikçe artar ve plazma patlamaya gider, eğer rekombinasyon, iyonizasyon ve disasyasyon toplumundan büyükse, plazma sönmeye gider (söner). g) Plazmaya dışardan bir etki olmazsa, plazma silindirsimetrik bir yapıya sahip olur. Buradaki silindir simetrisini sağlayan katoddan çıkıp anoda kadar kendini idame ettiren ve plazmayı çepeçevre saran plazma akışıdır (2.3). 1.3. Elektrik Arkı Karakteristikleri Ark ve kaynak makinası karakteristikleri ark ve kaynak makinasının özelliklerini kağıt üzerinde gösteren, onları kağıt üzerinde temsil eden eğrilerdir. Tabiatta her varlığın, her sistemin bir statik ve bir dinamik davranışı (durumu) vardır. Varlıklar, sistemler statik ve dinamik durumda çok farklı özellikler, çok farklı davranışlar gösterirler. Örneğin bir metalin

11 statik durumundaki mekanik mukavemet özellikleri çekme testi ile, dinamik durumdaki mekanik mukavemet özellikleri çentik darbe testi ile bulunur ve bu iki mukavemet değerleri birbirlerinden çok farklıdırlar. Elektrik arkının da statik ve dinamik durumda gösterdiği özellikler farklıdır. Dolayısıyla arkı kağıt üzerinde statik durumda temsil eden eğriler ile dinamik durumda temsil eden eğriler farklıdır. Karakteristikler statik ve dinamik olarak iki tiptir. Statik karakteristikler, belli kabuller yapılarak (büyüklüklerin zamana bağlı olarak değişmediği veya çok yavaş değiştiği farzedilerek) çizilen gerçek olmayan karakteristiklerdir. Statik karakteristikler, gerçek olmamalarına rağmen çok kullanılırlar. Dinamik karakteristikler hiçbir kabule dayanmayan gerçek karakteristiklerdir. 1.3.1. Elektrik Ark Karakteristiği Çeşitleri Ark karakteristikleri arkın özelliklerini kağıt üzerinde gösteren eğrilerdir. Arkın statik ve dinamik olmak üzere iki tür karakteristiği vardır, kaynak arkı da elektrik arkı olduğundan, kaynak arkının da iki tür karakteristiği vardır. 1.3.1.1.Kaynak arkı statik karakteristiği Ark (kaynak arkı) akım ve geriliminin zamana bağlı olarak değişimi, dolayısıyla ark akımı ve gerilimi arasındaki değişim, ki bunlar arkın gerçek (dinamik) karakteristikleridir, çok hızlıdır. Ancak bu değişimler çok yavaş oluyormuş veya hiç olmuyormuş gibi kabul edilerek (farzedilerek) elde edilen, ark akım ve gerilimi arasındaki bağıntıyı veren U= f(I) eğrilerine, arkın statik karakteristikleri denir. Statik karakteristikler gerçek karakteristikler değildir. Kaynak arkının statik karakteristikleri doğru akım arkında ortalama gerilim ve akım değerleri ile çizilirken, alternatif akım arkında gerilim ve akımın efektif değerleri ile çizilir. Statik karakteristiklerde arkın her uzunluğuna bir eğri (karakteristik) tekabül eder ve böylece birçok ark boyu için bir eğriler demeti ortaya çıkar Şekil 8. Şekilden görüldüğü gibi ark boyu uzadıkça eğriler yukarı kayar. Yani ark gerilimi büyür.

Şekil 8. Isıtıcı karakteristiği ve elektrik arkı statik karakteristikleri a) Isıtıcı statik karakteristiği tg=R

b) Ark statik karakteristikleri

tgα=R, U= R . I

Parametre: Ark uzunluğu l1