1. Баланс энергии в столбе дуги.

Приходы	Расходы
1. Энергия источника сварочного нагрева (тепло Джоуля-Ленца, которое выделяется в сопротивлении плазмы столба дуги от тока, который по ней протекает): IсвUст Uст – падение напряжения столба дуги. 2. Кинетическая энергия электронов, кото-рые прошли катодную область: f Iсв Uк Uк – падение напряжения в катодной обла-сти.	1. Ионизация нейтральных атомов: (1f)IсвUi Ui – потенциал ионизации газов дугового промежутка. 2. Тепловые затраты на излучение: Rст 3. Тепловые затраты на конвекцию: Rконв 4. Тепловые затраты на диффузию заряжен-ных частиц в окружающую среду: Rдиф 5. Тепловые затраты на эндотермические химические реакции: Rхим

Складываем уравнение мгновенного баланса энергии:

Принято считать, что энергия электронов, которые прошли катодную область, приблизительно вся затрачивается на первичную ионизацию нейтральных атомов столба дуги, т.е.:

Тогда, в упрощенной форме балансом энергии в столбе дуги будет равенство электрической мощности, которая выделяется в столбе дуги и тепловых затрат столба:

Если считать тепловые затраты на конвекцию, диффузию и эндотермические химические реакции (незначительными по сравнению с затратами на излучение столба), то это отвечает каналовой модели столба дуги К.К. Хренова, т.е. все тепловые затраты столба дуги есть затратами на излучение.

2. Баланс энергии на катоде.

Приходы	Расходы
1. Кинетическая энергия ионов, которые бомбардируют катод: (1f)IсвUк. Uк – катодное падение напряжения. 2. энергия деиоинизации: (1f)IсвUi. 3. Часть энергии теплового излучения дуги, которая достигает поверхности катода: к Rст к – частица полного теплового излучения, столба дуги (Rст), которая приходится на часть катода.	1. Эмиссия электронов: f Iсв,  - работа выхода электронов с поверхности катода. 2. Работа выхода электронов, которая затрачивается на деионизацию: (1f)Iсв. 3. Нагревание катода: Qк. 4. Энергия, которая излучается с поверхности катода: Rк.

Складываем уравнение мгновенного баланса энергии ( по аналогии с предыдущим):

Считая равными части энергии теплового излучения дуги, которая достигает поверхности катода и энергии, которая излучается с поверхности катода (_кR_стR_к), после преобразований и сокращений, получим в упрощенном виде количество теплоты (мгновенное), которое выделяется на катоде:

Отсюда важный вывод:

чем лучше эмиссия электронов с поверхности катода (чем меньше работа выхода  ), тем больше теплоты выделяется на катоде.

Исследовательские данные показывают величину мощности, которая выделяется на катоде, в пределах: Q_к(210)I_св.

3. Баланс энергии на аноде.

Приходы	Расходы
1. Кинетическая энергия электронов: Iсв Uа. Uа – анодное падение напряжения. 2. Потенциал энергии электронов: Iсв,  - работа выхода электронов с поверхности катода. 3. Тепловое излучение столба дуги: аRст, а – часть теплового излучения дуги, которая приходится на анод.	1. Нагрев анода: Qa. 2. Тепловое излучение анода: Ra.

Уравнение мгновенного теплового баланса складываем, как и в предыдущих случаях, исходя из равенства приходов и расходов:

Если считать часть теплового излучения, которая попадает от столба дуги к аноду, приблизительно равная величине теплового излучения с самого анода (_аR_стR_а), тогда, после преобразований и сокращений, получим в упрощенной форме:

Исследовательские данные показывают величину мощности, которая выделяется на аноде, в пределах: Q_а  7I_св.

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В СВАРОЧНОЙ ДУГЕ

Физики и электрики учат, что на проводник с током, который находится в магнитном поле, действует сила Лоренца (она называется еще иногда пондеромоторная), направление действие которой определяется по правилу Ампера (левой руки, см. рис.).

В еличину этой силы определяют из зависи-мости:

F = B·I· ,

где: I – ток;

 длина проводника;

В – магнитная индукция: В = ·Н;

 - магнитная проницаемость;

Н – напряженность магнитного поля.

Таким образом, сила, которая действует на проводник будет:

F = ·Н·I· .

Творец Света устроил так мудро, что векторы всех трех фигурантов этих событий (направление движения проводника, направление тока и направление индукции магнитного поля) взаимно перпендикулярны в трехмерном пространстве и взаимно помогают друг другу: если есть электрический ток и магнитное поле, то проводник движется (электродвигатель), если есть движение проводника и магнитное поле, то возникает электрический ток (электрогенератор), если есть движение проводника и ток, то возникает магнитное поле, которое пытается сдвинуть проводник с направления его движения. Последнее явление как раз и описывают пондеромоторными силами.

Электрическая дуга, как целостный проводник, является носителем собственного магнитного поля. Это магнитное поле, в свою очередь, искривляет форму проводника(делает дугу дугой), но кроме того, оно еще и взаимодействует с каждой заряженной частицей в дуге, которая проявляет хотя бы намеки направленного движения (дрейф под действием электрического поля).

В соответствии к теме этого раздела будем рассматривать взаимодействие заряженных частиц, которые переносят ток в дуге, с магнитным полем самой дуги, как объёмного (пространственного) целостного проводника.

В общем виде на заряженную частицу, которая движется в электромагнитном поле, действует сила Лоренца, которую векторный анализ определяет, как векторную сумму электростатической силы и магнитной силы:

где: q – заряд частицы;

 вектор скорости движения частицы;

 вектор напряженности электрического поля;

 вектор индукции магнитного поля.

Электростатическая сила одинакова для всех заряженных частиц в дуге, она постоянна в площади сечения столба дуги, вызывает дрейф заряженных частиц в направлении вектора напряженности электрического поля (в дальнейшем в этом разделе не рассматривается, поскольку это было сделано раньше).